Справочник по синхронным машинам: Справочник по электрическим машинам. В двух томах. Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Том 1. М.: Энергоатомиздат, 1988.

Справочник по судовым электрическим машинам

Содержание.

Глава 1. Основные определения
Устройство трансформатора
Работа трансформатора под нагрузкой
Векторная диаграмма. Схема замещения
Группы соединении обмоток и параллельная работа трансформаторов
Технические данные судовых трансформаторов

Глава 2. Асинхронные электродвигатели
Устройство и принцип действия
Основы управления, векторная диаграмма, схемы замещения
Способы пуска асинхронных двигателей
Регулирование частоты вращения
Технические данные судовых асинхронных электродвигателей

Глава 3. Синхронные электрические машины
Устройство и принцип действия. Обмотки м.д.с. Реакция якоря
Векторные диаграммы синхронных генераторов
Характеристики синхронных генераторов
Параллельная работа синхронных генераторов электродвигатели
Системы возбуждения судовых синхронных генераторов

Глава 4. Электрические машины постоянного тока
Устройство и принцип действия
Обмотка якоря. Э.д.с. и м.д.с.
Реакция якоря
Генераторы постоянного тока и характеристики
Параллельная работа генераторов
Двигатели постоянного тока и их характеристики

Глава 5. Контактная аппаратура управления и защиты электропривода
Общие сведения.
Дугогашение.
Показатели работы
Контакторы и их технические данные
Магнитные пускатели. Технические данные
Реле защиты и управления электродвигателями.Технические данные
Контроллеры, командоаппараты. реостаты. Технические данные

Глава 6. Бесконтактная аппаратура управления
Общие сведения, устройство к принцип действия
работы схемы силовых ключей переменного тока на тир р
Основные способы и схемы управления коммутаторами переменного тока
Логические элементы. Основные технические данные

Глава 7. Техническая эксплуатация судовых электрических машин, трансформаторов и аппаратуры управления
Электрические машины. Вахтенное обслуживание
Техническое обслуживание
Ремонт и испытание Трансформаторы. Вахтенное обслуживание
Техническое обслуживание.
Аппаратура управления и защиты электродвигателей. Вахтенное обслуживание
Техническое обслуживание

Глава 8. Электробезопасность при эксплуатации судового оборудования
Требования по безопасной эксплуатации электрических машин
Требования по безопасной эксплуатации аппаратуры управления и защиты электродвигателей
Использованная техническая литература

Справочная литература

8. Синхронные двигатели. Технические средства автоматизации и управления. Учебное пособие

8.1. Принцип действия и виды синхронных двигателей

8.2. Специальные синхронные двигатели

8.2.1. Гистерезисные двигатели

8.2.2. Шаговые двигатели

8.3. Бесконтактные двигатели переменного тока

8.1. Принцип действия и виды синхронных двигателей

Синхронные двигатели СД небольшой мощности применяются в системах автоматики. Поскольку в синхронных двигателях частота вращения жестко связана с частотой питания, такие двигатели применяются либо в системах, требующих строго постоянной частоты вращения, либо при частотном управлении скоростью.

В цифровых системах автоматики находят широкое применение шаговые двигатели, в обмотки статора которых поступают импульсы тока и при поступлении каждого импульсов происходит поворот ротора на определенный угол — двигатель совершает шаг. К группе синхронных двигателей можно отнести также двигатели, частота питания которых зависит от частоты вращения — это так называемые вентильные двигатели.

Статор синхронной машины выполнен аналогично статору асинхронной машины. На нем расположена -фазная (обычно трехфазная) обмотка.. Она создают вращающееся магнитное поле. У синхронной машины может быть ротор различного типа. В любом случае ротор СД создает постоянный по величине вектор магнитного потока, направление которого меняется в зависимости от положения ротора. Взаимодействие полей ротора и статор создает вращающий момент двигателя. Наибольший момент возникает тогда, когда угол между векторами полей ротора и статора близок к нулю. Ротор вращается синхронно с полем статора, поэтому двигатель называется синхронным.

Где f – частота напряжения статора, а p – число пар полюсов.

1. У СД с обмоткой на роторе ротор состоит из сердечника с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор. Роторы таких машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). Электромагнитная схема синхронной машины имеет вид (рис90):

Рис. 90. Электромагнитная схема СД (а), схема ее включения (б), характеристика (с)

Обмотка ротора 4 состоит из одной или нескольких катушек, образующих многополосную систему с тем же числом пар полюсов р, что и обмотка статора 3. Обмотка ротора соединяется с внешним источником питания U_в посредством контактных колец 5 и щеток 6.

2. Синхронный двигатель, на роторе которого отсутствует обмотка возбуждения, называется синхронным реактивным двигателем. Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается из ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Рис. 91.

Рис. 91. Роторы синхронных реактивных микродвигателей

Вращающееся магнитное поле статора намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям полюса. Силовые линии магнитного поля статора изгибаются, стремясь пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие упругих свойств силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно с полем статора. Если к вращающемуся ротору приложить тормозной момент, ось магнитного поля ротора повернется на угол θ относительно оси магнитного поля статора. С увеличением нагрузки этот угол возрастает. Если нагрузка превысит некоторое допустимое значение, двигатель остановится, выпадет из синхронизма. Рис 92..

Рис. 92. Принцип действия синхронного реактивного двигателя

Электромагнитный момент синхронного реактивного двигателя без учета активного сопротивления статора r₁ выражается следующей зависимостью:

где x_d и x_q — синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям машины. Начальный пусковой момент у этих двигателей равен 0. Поэтому в них применяется асинхронный способ пуска, для чего используется короткозамкнутая обмотка на роторе. Реактивные двигатели проще по конструкции, дешевле и надежнее в эксплуатации, чем обычные синхронные машины с обмоткой возбуждения на роторе.

Основные недостатки двигателей: низкий cosφ и КПД, большие размеры, малая величина максимального момента. В двигателе мощностью несколько десятков ватт КПД составляет 0,3…0,4, а мощностью до 10 ватт — менее 0,2. Так как момент двигателя пропорционален U², то двигатель чувствителен к колебаниям питающего напряжения.

3. СД постоянными магнитами. По способу пуска эти двигатели делятся: на самозапускающиеся двигатели и двигатели с асинхронным пуском. Самозапускающиеся двигатели выполняются на небольшие мощности (обычно доли ватта) и низкие частоты вращения (не более 400 об/мин). Они рассчитываются на работу от однофазной сети переменного тока. Их магнитное поле либо пульсирует, либо имеет резко выраженный эллиптический характер. Пуск этих двигателей происходит за полпериода изменения тока за счет всегда существующего в синхронных двигателях пульсирующего момента. Нагрузка должна быть малоинерционной. В противном случае они пускаются в холостую а затем нагружаются. Для пуска используются различные устройства, обеспечивающие вращение двигателя в заданном направлении, например . клювообразные полюса статора -. КПД таких двигателей невелик – 3÷5 % и менее.

Синхронные микродвигатели с асинхронным пуском имеют на роторе короткозамкнутую обмотку типа «беличьей клетки», которая выполняется в полюсных наконечниках. Эта обмотка во время пуска участвует в создании асинхронного момента и разгоняет двигатель до скорости, близкой к синхронной. В синхронном режиме она демпфирует колебания ротора при резких изменениях нагрузки.

4. Пуск и вход в синхронизм СД.

Недостатком СД является то, что управление скоростью возможно только через изменение частоты вращения поля, а следовательно, частоты питающего напряжения. Недостатком СД является то, что двигатель должен войти в синхронизм, недостатком является также малый пусковой момент, поэтому, чтобы запустить двигатель, необходимы дополнительные меры. У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и развить необходимое число оборотов.

Подавляющее большинство синхронных микродвигателей пускается как асинхронные, для чего они или снабжаются пусковой обмоткой или используется схема включения СД с асинхронным запуском. Рис. 93.

Рис. 93. Схема включения СД с асинхронным запуском

Здесь, на роторе находится обмотка, которая в момент запуска замыкается либо накоротко, либо на внешнее сопротивление. В этом случае двигатель ведет себя как асинхронный и у него есть значительный пусковой момент. Когда ротор разгоняется до скорости, близкой к скорости поля, ключ переключается в другое положение и на ротор подается постоянное напряжение. Такой СД при пуске асинхронно разгоняется до 90-95% от скорости поля, затем входит в синхронизацию и далее ведет себя, как синхронный. Есть другая модификация, у которой на роторе есть дополнительная короткозамкнутая обмотка, например, беличья клетка. Эти обмотки работают лишь при запуске. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения поля, и двигатель вращается с синхронной скоростью, короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю.

Процесс входа в синхронизм является сложным и ответственным моментом в работе синхронных микродвигателей. Ротор, достигший скорости близкой к синхронной должен за счет взаимодействия полей статора и ротора (в двигателе с постоянными магнитами) или упругих свойств линий поля (в синхронном реактивном двигателе) скачком втянуться в синхронизм. Поэтому момент входа в синхронизм в сильной степени зависит от момента инерции ротора и момента нагрузки.

8.2. Специальные синхронные двигатели

В автоматике используется СД малой мощности, от 0,1 до 500 Вт, Есть различные типы СД: редукторные, гистерезисные, бесконтактные, различные виды шаговых двигателей.

8.2.1. Гистерезисные двигатели

Гистерезисным двигателем называется синхронный двигатель, в котором вращающий момент создается за счет явления гистерезиса при перемагничивания ферромагнитного материала ротора. Статор гистерезисного двигателя подобен статору обычной машины переменного тока. Ротор представляет собой стальной цилиндр из ферромагнитного магнитотвердого материала (имеющего широкую петлю гистерезиса) без обмотки. С целью удешевления ротор делают сборным: кольцо из ферромагнитного материала и немагнитная или магнитомягкая втулка (рис.94).

Рис. 94. Ротор гистерезисного двигателя и схема возникновения гистерезисного момента

В гистерезисном двигателе ротор, вращающийся с синхронной скоростью, представляет собой постоянный магнит. Так как ротор выполнен из магнита твердого материала, то элементарные магнитики перемагничиваются не мгновенно, а с отставанием из-за гистерезиса, это и создает гистерезисный момент. Ось магнита из-за явления гистерезиса отстает от оси вращающегося магнитного поля на угол θ_г гистерезисного сдвига, вследствие чего возникает тангенциальная составляющая f_г сил взаимодействия между полюсами ротора и потоком статора. Величина силы f_г и создаваемый ею момент не зависят от скорости вращения, а определяются шириной петли гистерезиса ферромагнитного материала.

Если нагрузочный момент больше М_г, то двигатель перейдет в асинхронный режим работы, т.е. появится дополнительный асинхронный момент М_а. Движущий момент ротора создается двумя составляющими: моментом вихревых токов и гистерезисным моментом. Рис. 95.

Рис. 95. Механическая характеристика гистерезисного двигателя

Асинхронный момент М_а есть результат взаимодействия вращающегося магнитного поля с вихревыми токами, которые индуктируются этим полем в сердечнике ротора. Т к. ротор имеет большое активное сопротивление, то характеристика М_а=f(s) практически линейна и асинхронный гистерезисный момент максимален при s=1.Рис. 95.

,

где П_2Н — потери на перемагничивание ротора при неподвижном роторе; П_вихр.Н — потери на вихревые токи при неподвижном роторе;

Двигатель используется в приводах небольшой мощности до 2000 Вт, частота f=50, 400 и 500 Гц.

Достоинства гистерезисного двигателя: простота, надежность, плавность входа в синхронизм, значительный пусковой момент, бесшумность, малый пусковой ток, сравнительно высокий КПД (до 60%).

Недостатки: дороговизна, склонность к качаниям при резких изменениях нагрузки, значительный нагрев ротора.

8.2.2. Шаговые двигатели

Шаговыми двигателями называются синхронные двигатели, преобразующие команду, заданную в виде импульсов, в фиксированный угол поворота двигателя или в фиксированное положение подвижной части двигателя без датчиков обратной связи. Шаговый двигатель имеет не менее двух положений устойчивого равновесия ротора в пределах одного оборота.

Напряжение питания обмоток управления шагового двигателя представляет собой последовательность однополярных или двуполярных прямоугольных импульсов, поступающих от электронного коммутатора Результирующий угол соответствует числу переключений коммутатора, а частота вращения двигателя соответствует частоте переключений электронного коммутатора.

Шаговые двигатели различаются по числу фаз и типу магнитных системна ШД с активным ротором (с постоянными магнитами), ШД реактивного типа и индукторные.

Мощность шаговых двигателей лежит в диапазоне от единиц ватт до одного киловатта.

1. Шаговые двигатели с активным ротором. В отличие от синхронных машин непрерывного вращения шаговые двигатели имеют на статоре явно выраженные полюса, на которых расположены катушки обмоток управления. Ротор обычно представляет собой многополюсную звездочку из специального сплава. Есть варианты двух-, трех- и четырехфазных двигателей. Трехфазные двигатели имеют лучшие динамические характеристики и более равномерный ход. Управление ШД производится однополярными импульсами, поочередно подаваемыми на обмотки статора. Каждый импульс вызывает поворот ротора на единичный шаг.

Рассмотрим принцип действия простейшего двухфазного двухполюсного ШД с активным ротором в виде постоянного магнита. При включении фазы под постоянное напряжение (условно положительной полярности) вектор намагничивающей силы НС статора совпадет с осью фазы А. В результате взаимодействия НС статора с полем постоянного магнита ротора возникнет синхронизирующий момент М_с = M_maxsinq, где q — угол между осью ротора и вектором НС. Рис. 96.

Рис. 96. Принцип работы ШД

При отсутствии тормозного момента ротор займет положение, при котором его ось совпадет с осью фазы А (рис. 96, первый такт). Если теперь отключить фазу А и включить фазу В, вектор НС и ротор повернуться на 90^о(второй такт). При включении фазы А на напряжение обратной полярности (третий такт) НС и ротор повернутся еще на 90^о и т.д.

Если к ротору ШД приложен момент нагрузки, то при переключении фаз ротор будет отставать от вектора НС на некоторый угол q_н = arcsin(M_н/M_max).

В зависимости от типа электронного коммутатора управление ШД может быть:

• одноплярным или разнополярным;
• симметричным или несимметричным;
• потенциальным или импульсным.

При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U.

Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное.

При потенциальном управлении напряжение на обмотках изменяется только в моменты поступления управляющих импульсов. При отсутствии управляющего сигнала обмотка или группа обмоток находятся под напряжением, а положение ротора фиксируется полем обмоток. При импульсном управлении напряжение на обмотки подается только на время отработки шаг, после чего оно снимается и ротор удерживается в заданном положении либо реактивным моментом, либо внешним фиксирующим устройством.

В двухполюсной машине число устойчивых положений в пределах одного оборота ротора n при разных способах коммутации может быть равно 1, 2, 4m, где m — число фаз: В многополюсных ШД число устойчивых положений возрастает пропорционально числу пар полюсов р.

Одним из определяющих параметров ШД является шаг ротора, т.е. угол поворота ротора, соответствующий одному управляющему импульсу (угол между двумя соседними устойчивыми состояниями): a = 360/pn.

ШД с активным ротором удается выполнить с шагом до 15^о. Дальнейшее уменьшение шага ограничено технологическими трудностями создания ротора в виде постоянного магнита с числом пар полюсов больше шести.

2. Реактивные шаговые двигатели. Гораздо более мелкий шаг (до долей градуса) можно получить в реактивных редукторных ШД. Редукторные ШД выполняются с числом фаз m = 2 — 4. Они имеют ферромагнитный зубчатый ротор с равномерно расположенными z_p зубцами и гребенчатые зоны статора, смещенные относительно друг друга на угол 2p/(mz_p) рис.97. Число пазов статора и ротора, их геометрические размеры выбираются такими, чтобы обеспечить необходимую величину шага и синхронизирующего момента при заданном виде коммутации токов.

Электромагнитный синхронизирующий момент реактивного двигателя обусловлен, как и у обычного синхронного двигателя, разной величиной магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям двигателя. Основным недостатком шагового реактивного двигателя является отсутствие синхронизирующего момента при обесточенных обмотках статора.

Реактивные шаговые двигатели позволяют редуцировать частоту вращения ротора. При большом числе зубцов ротора Z_р его угол поворота значительно меньше угла поворота поля статора. Величина углового шага редукторного шагового двигателя определится выражением: a = 360/Z_p. В результате можно получить шаговые двигатели с угловым шагом, составляющим доли градуса.

Индукторные (гибридные) шаговые двигатели. совмещают преимущества активного шагового двигателя (большой удельный синхронизирующий момент на единицу объема, наличие фиксирующего момента) и реактивного шагового двигателя (малая величина шага).

Рис. 96. Конструкция реактивного ШД

Во всех конструкциях индукторных шаговых двигателей вращающий момент создается за счет взаимодействия магнитного поля, создаваемого обмотками статора и постоянного магнита в зубчатой структуре воздушного зазора. При этом синхронизирующий момент шагового индукторного двигателя по природе является реактивным и создается намагничивающей силой обмоток статора, а постоянный магнит, расположенный либо на статоре, либо на роторе, создает фиксирующий момент, удерживающий ротор двигателя в заданном положении при отсутствии тока в обмотках статора.

3. Режимы работы ШД.

1. Статический режим – это режим, при котором ротор фиксируется в одной из позиций, а по обмоткам статора протекает постоянный ток, создающий неподвижное в пространстве магнитное поле.

2. Квазистатический режим – это режим отработки единичных шагов, при котором переходные процессы от предыдущего такта коммутации полностью затухли и скорость ротора в начале следующего шага равна нулю.

3. Установившийся режим – это режим, соответствующий постоянной частоте следования управляющих импульсов. При частоте управляющих импульсов f₁, меньшей частоты собственны колебаний двигателя f₀, движение ротора носит колебательный характер, что увеличивает динамическую ошибку при отработке заданного перемещения. При частоте управляющих импульсов f₁ = f₀/k, где k – целое число, возникает явление электромеханического резонанса, которое при слабом демпфировании колебаний может привести к нарушению нормального движения ротора и выпадению его из синхронизма. При f₁ > f₀ имеют место вынужденные колебания с частотой управляющих импульсов; амплитуда их монотонно уменьшается с увеличением частоты.

4. Переходный режим — это основной эксплуатационный режим работы ШД. Он включает в себя пуск, реверс, торможение, переход с одной управляющей частоты на другую. Основное требование к ШД в переходных режимах заключается в отсутствии потери шага, т.е. сохранение синхронизма при любом характере изменения управляющих импульсов.

Предельная механическая характеристика – это зависимость допустимого момента сопротивления от частоты управляющих импульсов в установившемся режиме работы (рис.97). С ростом частоты сказывается запаздывание в нарастании тока, обусловленное индуктивностью обмоток. При некоторой предельной частоте момент двигателя становится равным нулю. Предельную механическую характеристику рассматривают обычно при f>f_0.

Рис. 97. Механические характеристики ШД

Максимальная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск без потери шага, называется частотой приемистости f_пр. Частота приземистости является важным показателем переходного режима ШД Частота приемистости растет с увеличением максимального синхронизирующего момента, уменьшением шага, снижением постоянной времени обмоток, нагрузки и момента инерции. Для современных ШД f_пр = 100-1000 Гц.

Предельная динамическая характеристика – зависимость частоты приемистости от момента сопротивления и момента инерции нагрузки. Такие характеристики называются предельными динамическими характеристиками пуска. Существуют также предельные динамические характеристики реверса и торможения

8.3. Бесконтактные двигатели переменного тока

Бесконтактные двигатели постоянного тока состоят из трех элементов (рис. 98):

1. двигателя с m-фазной обмоткой на статоре и возбужденным ротором обычно в виде постоянного магнита;
2. датчика положения ротора (ДПР), выполненного в одном корпусе с двигателем и предназначенного для выработки сигналов управления моментами времени и последовательностью коммутации токов в обмотках статора;
3. коммутатора, как правило, транзисторного, осуществляющего по сигналам ДПР коммутацию токов в обмотках статора.

Рис. 98. Состав бесконтактного двигателя постоянного тока

Принцип действия подобен ДПТ:: при включении транзисторов Т1 и Т2 по обмотке статора потечет ток i в указанном направлении. В статоре возбудится магнитное поле, появится движущий момент, ротор повернется таким образом, чтобы векторы Fc и Fp совместились. Когда векторы совместятся, сигнал с ДПР закроет Т1 и Т2 и откроет Т3 и Т4. Ток в обмотке статора поменяет направление, движущий момент заставит ротор вращаться дальше и повернуться на 180°.

Для плавного хода число обмоток обычно 3 и выше. В этой схеме транзисторы и коммутатор работают в ключевом режиме. Транзисторами управляют схемы формирования Фа, Фб, Фс. На эти схемы подаются управляющие импульсы с датчика положения ротора. ДПР имеет и статор и ротор. На статоре имеются полюса, на которых поочередно располагаются обмотки управления а, б, с и обмотки возбуждения (5-30 кГц). Ротор ДПР имеет сектор из магнита мягкого материала. При повороте этот сектор замыкает два соседних полюса и в соответствующей обмотке управления наводится ЭДС, включается соответствующая статорная обмотка и роторы двигателя и ДПР поворачиваются на 120°. Затем сектор замыкает два следующих полюса, в результате роторы поворачиваются еще на 120° и т.д.

Рис. 99. Схема бесконтактного двигателя постоянного тока.(а) и его механические характеристики (б)

На рис. 99 показаны схема и механические характеристики бесконтактного двигателя при разных индуктивностях обмоток статора L. Видно, что с увеличением L нелинейность характеристик увеличивается.

Частоту вращения бесконтактных двигателей можно регулировать в широких пределах путем изменения напряжения питания.

Однако на практике чаше применяется импульсный способ, сущность которого заключается в изменении не величины постоянно подводимого напряжения, а длительности питания двигателя номинальным напряжением.

5.1. Генераторы. Справочник по проектированию электрических сетей

5.1.1. Турбо- и гидрогенераторы

В зависимости от рода первичного двигателя синхронные генераторы делятся на турбогенераторы (с приводом от паровых или газовых турбин) и гидрогенераторы (с приводом от водяных турбин). Обозначения типов синхронных генераторов приведены ниже.

Турбогенераторы выполняются с горизонтальной осью вращения. Диаметр ротора турбогенератора значительно меньше, чем его активная длина, ротор обычно имеет неявнополюсное исполнение. Предельный диаметр ротора при частоте вращения 3000 об /мин по условиям механической прочности составляет 1,2–1,25 м. Активная длина ротора по условиям механической жесткости не превышает 6,5 м.

Стремление к увеличению единичной мощности турбогенераторов реализуется за счет внедрения более интенсивных способов охлаждения без заметного увеличения габаритных размеров. Турбогенераторы мощностью более 50 МВт изготавливаются с водородным или жидкостным охлаждением обмоток. Основные технические данные турбогенераторов мощностью 60 МВт и более приведены в табл. 5.1.

Асинхронизированные турбогенераторы обладают возможностью обеспечивать устойчивую работу с глубоким потреблением и большим диапазоном регулирования реактивной мощности. Применение асинхронизированных турбогенераторов основывается на тех же принципах, что и при выборе средств компенсации реактивной мощности других видов. Основные технические данные выпускаемых и разрабатываемых асинхронизированных турбогенераторов приведены в табл. 5.2.

Гидрогенераторы выполняются преимущественно с вертикальной осью вращения. Турбина располагается под гидрогенератором, и ее вал, несущий рабочее колесо, сопрягается с валом генератора с помощью фланцевого соединения. Так как частота вращения мала, а число полюсов велико, ротор генератора выполняется с большим диаметром и сравнительно малой активной длиной. Относительно небольшая частота вращения (60-600 об /мин в зависимости от напора воды) определяет большие размеры (до 20 м в диаметре) и массы (до 1500 т) активных и конструктивных частей гидрогенераторов. Как правило, гидрогенераторы выполняются с вертикальным расположением вала. Исключение составляют гидрогенераторы с большой частотой вращения и капсульные гидрогенераторы, которые выполняются горизонтальными. Основные технические данные гидрогенераторов мощностью 50 МВт и более приведены в табл. 5.3.

Данные о мощности генераторов соответствуют их номинальному режиму работы. В часы максимума реактивной нагрузки иногда требуется работа генератора с пониженным cos ?. Длительная работа турбогенератора в режиме синхронного компенсатора с перевозбуждением допускается только при токе возбуждения не выше номинального. У генераторов с непосредственным охлаждением, как правило, cos ? ? 0,95-0,96. При повышении cos ? до 1,0 длительно могут работать только генераторы с косвенным охлаждением. Максимальная реактивная нагрузка генератора при работе в режиме синхронного генератора с недовозбуждением определяется на основании тепловых испытаний и может быть оценена (для агрегатов 200 и 300 МВт) по рис. 5.1.

Полная мощность гидрогенератора, как правило, не зависит от cos ? и равна номинальной, если гидрогенератор приспособлен для работы в режиме синхронного компенсатора (режим работы определяется при выполнении проекта ГЭС).

В аварийных режимах допускается перегрузка генератора по токам статора и ротора согласно техническим условиям. Если в технических условиях соответствующие указания отсутствуют, кратковременные перегрузки по току статора принимаются по табл. 5.4. Данные по допустимой перегрузке по току ротора генераторов с непосредственным охлаждением приведены в табл. 5.5. Допустимая перегрузка генераторов с косвенным охлаждением обмоток определяется допустимой перегрузкой статора.

Моменты инерции некоторых паровых турбин имеют следующие значения:

Моменты инерции гидротурбин составляют примерно 10 % момента инерции присоединенных к ним гидрогенераторов.

Таблица 5.1

Окончание табл. 5.1

Таблица 5.2

Таблица 5.3

Окончание табл. 5.3

Таблица 5.4

Таблица 5.5

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Список литературы, содержание

Список литературы

1. Вольдек А. И.
Электрические машины. Л., 1978. — 832 с.

2.БрускинД. Э.,
Зорохович А. Е., Хвостов В. С. Электриче­ские
машины. М., 1979. Ч. I. — 282 с., Ч. П. — 303 с.

3.Иванов-Смоленский
А. В. Электрические машины. М.,
1980. —928с.

4.Кацман М. М.
Электрические машины. М., 1990. — 463 с.

5.Кацман М. М. Расчет
и конструирование электрических машин.
М., 1984. — 359 с.

6.Кацман М. М.
Руководство к лабораторным работам по
электрическим машинам и электроприводу.
М., 1983. — 215с.

7.Кацман М. М.
Электрические машины и
электропривод
автоматических устройств.
М., 1987. — 334 с.

8.Копылов И. П.
Электрические машины. М., 1986. — 360 с.

9.Костенко Г. Н.,
Пиотровский Л. М. Электрические ма­шины.
Л., 1972. 4.1.— 544с.; 1973. Ч. И.— 648 с.

10.Обмотки
электрических машин. В. И. Зимин, М. Я.
Каплан, А. М. Палей и др. М., 1975 — 288
с.

11.Петров Г. Н.
Электрические машины. Ч. I. Трансфор­маторы.
М., 1974.— 240с.

12.Петров Г. Н.
Электрические машины. Ч. II. Асинхрон­ные
и синхронные машины. 1963. — 416с.

13.Петров Г. Н.
Электрические машины. Ч. III. Коллек­торные
машины постоянного и переменного тока.
М., 1968. —224с.

14.Пиотровский Л.
М., Васютинский С. Б., Несговороеа Е.Д.
Испытание электрических машин. Ч. 2. М.,
1960. — 290 с.

15.Проектирование
электрических машин./Под ред.И. П.
Копылова. М., 1980. — 495 с.

16.Специальные
электрические машины./Под ред. А. И.
Бертинова. М., 1982. — 552 с.

17.Справочник по
электрическим машинам в 2 т.: Том пер­вый
/ Под общей ред. И. П. Копылова, Б. К.
Клокова. — М.,1988.—455с.

18.Юферов Ф. М.
Электрические машины автоматических
устройств. М., 1976. — 416 с.

Предметный
указатель

Автотрансформатор
72

— регулировочный
75

— трехфазный 74

Вентилятор
центробежный 240

Ветви параллельные
обмотки фазы 119

— якоря 345

Возбуждение
постоянными магни­тами 316, 433

— электромагнитное
251,372

Высота оси вращения
241

Гармоники ЭДС
зубцовые 114

Генератор индукторный
328

— независимого
возбуждения 392
— параллельного
возбуждения 394

— с копьеобразными
полюсами 326
— синхронный, принцип работы
99

— магнитоэлектрический
317

— смешанного
возбуждения 399

Гидрогенератор
243

Группа трансформаторная
36

— катушечная обмотки
статора 119

Группы соединения
трансформато­ров 61

Датчик ЭДС Холла
434

Двигатель
асинхронный исполни­тельный 226

— конденсаторный
214

— линейный 229

— однофазный 211

— принцип работы
98
— устройство 143

— с глубокими пазами
на роторе 201

— двумя клетками
на роторе 203

— трехфазный с
короткозамкнутым ротором 143

— с фазным ротором
146

— бесконтактный
постоянного тока 433

— исполнительный
асинхронный 225

— постоянного тока
437
— коллекторный параллельного

— возбуждения 404

— последовательного
возбуждения 413

— смешанного
возбуждения 416

— универсальный
424

— синхронный
гистерезисный 320

— трехфазный 302

— магнитоэлектрический
315

— реактивный 318

— шаговый 323

Диаграмма векторная
асинхронно­го двигателя 161

— синхронного
генератора 276

— трансформатора
35
— упрощенная 51

— круговая
асинхронного двигателя 186

ЭДС практическая
278

Дизель-генератор
257

Дроссель 94

Запаздывание
магнитное 321

Зона несовпадения
20

Зона нечувствительности
тахогенератора 432

Изменение вторичного
напряжения трансформатора 52

— напряжения
генератора постоян­ного тока 395

— синхронного
генератора 278

Изоляция обмотки
статора 124

Импидоры 82

Искрение на
коллекторе 374

Каналы вентиляционные
аксиаль­ные 238

— радиальные 238

Катушка полюсная
бескаркасная 339

-каркасная 339

Классы нагревостойкости
изоляции 234

Колебания синхронных
машин 292

Кольца емкостные
82

Коллектор на
пластмассе 340

— с конусными
шайбами 339

Компенсатор
синхронный 311

Коммутация
замедленная 378

— прямолинейная
376
— ускоренная 381

Коэффициент
воздушного зазора 150

— заполнения паза
125

— магнитного
насыщения 151, 263

— рассеяния 263, 362

— мощности
асинхронного двигателя 177

— синхронного
двигателя 309

— обмоточный 113

Коэффициент
полезного действия асинхронного
двигателя 166

— машины постоянного
тока 420

— синхронной машины
280

— трансформатора
56

— полюсного
перекрытия 265, 355

— распределения
обмотки 111

— реакции якоря
машины постоян­ного тока 364

— статической
перегружаемоести 290

— типовой мощности
88

— трансформации
26
— напряжений 160

— токов 160

— укорочения шага
обмотки 109

— усиления мощности
429

— формы поля
возбуждения 266
— статора 266

Магнитопровод
трансформатора 17

— броневой 19

— стыковой 19

— шихтованный 20

Малоинерционность
227

Машины электрические
синхрон­ной связи 222

МГД-генератор 444

МГД-двигатель 444

МДС обмотки статора
распреде­ленной 129

— сосредоточенной
127

— трехфазной 131,
133

— фазы 130

Метод аналитический
расчета ха­рактеристик 191

Метод вольтметра
65

— фазометра 65

Момент асинхронного
двигателя 168

— асинхронный
дополнительный 307

— максимальный 168

— пусковой 170

— входа в синхронизм
306

— гистерезисный
320

— синхронизирующий
224

— удельный 295

— электромагнитный
машины по­стоянного тока 358

— основной синхронной
машины 289

— реактивный
синхронной машины 289

— синхронной машины
287

Моменты паразитные
асинхронно­го двигателя 178

Мощность полезная
56, 164, 420

— проходная 73

— расчетная 73

— типовая 88

— удельная
синхронизирующая 295

— электромагнитная
асинхронного
— двигателя 165

— машины постоянного
тока 358

— синхронной машины
287

Нагревание
электрических машин 232

Нагрузка линейная
364

Нейтраль
геометрическая 345

— физическая 345

Несимметрия
магнитная 350

Обратимость
электрических машин 9

Обмотка возбуждения
251, 338

— комбинированная
354

— компенсационная
370

— простая волновая
347

— петлевая 342

— пусковая 203, 306

— ротора
короткозамкнутая 143

— сложная волновая
349

— петлевая 346

— рабочая 203

— статора двухслойная
116

— с дробным числом
пазов на полюс и фазу 120

— однослойная
концентрическая 122

— шаблонная 123

— однофазная 123

— трансформаторная
винтовая 22

— концентрическая
21

— цилиндрическая
22

Огонь круговой
388

Опыт к. з. асинхронного
двигателя 183

— трансформатора
46

— х. х. асинхронного
двигателя 181

— трансформатора
43

Охлаждение
трансформаторов 95

— электрических
машин 237

— водородное 260

— естественное 237

— искусственное
238

— непосредственное
260

Передача синхронная
индикаторная 223

Переключатель
ответвлений обмоток 58

Перенапряжения в
трансформато­рах 79

Петля гистерезиса
322

Пик-трансформатор
91

Поле магнитное
бегущее 229

— вращающееся
круговое 134.
— эллиптическое 134

— пульсирующее
135

Полюсы добавочные
384

Потери добавочные
165,419

— при нагрузке 281

— пульсационные
281

— магнитные 54, 164,
281, 418

— механические
165, 281,418

— на возбуждение
280

— гистерезис 321

— электрические
54, 164, 281, 41&

Поток вынужденного
намагничива­ния 87

— магнитный рассеяния
26, 152, 263, 362

Преобразователь
частоты 92, 221

Процессы переходные
78, 298

Причины искрения
374

Противо-ЭДС 400

Пуск асинхронного
двигателя 196, 198

— двигателя
постоянного тока 402

— синхронного
двигателя 305

Работа параллельная
синхронных генераторов 283

— трансформаторов
66

Радиопомехи
коллекторных машин 389

Разделение потерь
асинхронного двигателя 182

Реакция якоря
машины постоянно­го тока 364

— синхронного
генератора 267

Регулирование
частоты вращения

Реакция якоря
машины постоянно­го тока 364

— синхронного
генератора 267

Регулирование
частоты вращения

— асинхронных
двигателей 204

— двигателей
параллельного
— возбуждения 407
—
последовательного возбуж­дения 415

Регулятор
индукционный 220

Режим постоянного
момента 208

— постоянной
мощности 209
Режим работы кратковременный
235

— повторно-кратковременный
236

— продолжительный
235

Режимы работы
асинхронной ма­шины 139

— машины постоянного
тока 412

Реостаты пусковые
197, 403

Ротор короткозамкнутый
144

— неявнополюсный
256

— сборный 322

— с когтеобразными
полюсами 326

— явнополюсный 255

Самовентиляция
электрических машин 237

Самовозбуждение
генераторов 253,396

Самосинхронизация
синхронного генератора 284

Самоход 226

Свойства пусковые
асинхронных двигателей 195

Секция обмотки
якоря 343

Сельсин бесконтактный
225

— контактный 224

Сердечник ротора
143

— статора 142

Серия электрических
машин 244

— 4А244

— АИ 245

— 4П 422

Синхронизация
точная 283

Силы пондеромоторные
154

Система бесконтактного
возбужде­ния 252

— генератор-двигатель
410

Скольжение 139

— критическое 168

Скос пазов 114

Соединение обмоток
в зигзаг 38

Соединения
уравнительные второ­го рода 354

— первого рода 353

Сопротивление
индуктивное главное 271

— рассеяния 26, 152

— сверхпереходное
299

Сопротивления
индуктивные реак­ции якоря 271

— синхронные 288

Способность
перегрузочная асин­хронного двигателя
171

— синхронной машины
290, 304

Способы возбуждения
машин по­стоянного тока 372

Степени искрения
375

Схема замещения
трансформатора 33,51

— асинхронного
двигателя 162

Тахогенератор 432

Ток коммутации
377

— к.з. асинхронного
двигателя 183

— трансформатора
46

— х.х. асинхронного
двигателя 182

— трансформатора
28

— ударный к. з. 29

Торможение
противовключением 140

Транспозиция 22

Трансформатор 15

— вольтдобавочный
59

— для выпрямителя
86

— дуговой сварки
23

— импульсный 89

— приведенный 32

— регулируемый
намагничиванием шунтов 85

— с подвижным
сердечником 84

— трехобмоточный
71

— трехфазный 36

Треугольник к.з.
трансформатора 48

Турбогенератор
256

Угол гистерезисного
сдвига 321

— рассогласования
224

Укорочение шага
обмотки относи­тельное 109

Управление
амплитудно-фазовое 226

Уравнение МДС
трансформатора 29

— моментов генератора
постоянно­го тока 391

— мощностей
генератора постоян­ного тока 391

— двигателя
постоянного тока 400

— напряжений
асинхронного двига­теля 157

— генератора
постоянного тока 390

— синхронного
генератора 271
— трансформатора 27

— токов асинхронного
двигателя 159

— трансформатора
21

Условия симметрии
обмотки якоря 350

Устройства
возбудительные тиристорные 253

Фазорегулятор 220

Характеристика
внешняя транс­форматора 53

— синхронного
генератора 277

— генератора
постоянного тока 394, 398, 399

-ЭМУ 428

— выходная
тахогенератора 432

— к.з. синхронного
генератора 276

— механическая
асинхронного дви­гателя 169

— нагрузочная
генератора постоян­ного тока 394

— регулировочная
генератора по­стоянного тока 394

— синхронного
генератора 278

— самовозбуждения
397

— х.х. генератора
постоянного тока 392, 396

— синхронного
генератора 275

Характеристики
механические дви­гателя постоянного
тока 406, 414,416,417

— рабочие асинхронного
двигателя 175

— двигателя
постоянного тока 414,417

— синхронного 309

— универсального
коллекторного двигателя 427

— угловые синхронного
генератора 290

— двигателя 304

Характеристики
U
-образные син­хронного генератора
297

— двигателя 308

Частота вращения
асинхронная 102

— критическая 397

-синхронная 100 —
приемистости 325

-скольжения 157

Число пазов на
полюс и фазу 110

Шаг обмотки 343

— первый 343

— относительный
109

— по пазам 105

— по
коллектору 343

—
потенциальный
352

ЭДС катушки 106

ЭДС обмотки ротора
157

— статора 112, 156

— якоря 355

— взаимоиндукции
коммутирующей секции 378

— вращения 378

— реактивная 378

—
самоиндукции
378

— трансформаторная
426

Электрические
машины криогенные 441

— магнитогидродинамические
443

Электромашинный
усилитель 428

Элемент фазосмещающий
212

Эффект краевой
229

Оглавление

Предисловие……………………………………………………………………………………………..3

Введение…………………………………………………………………………………………………4

§В.1.Назначение
электрических машин и
трансформаторов………………………………………..4

§В.2.Электрические
машины — электромеханические
преобразователи энергии…………………7

§В.З.Классификация
электрических машин…………………………………………………….……10

Раздел 1
ТРАНСФОРМАТОРЫ……………………………………………………………………11

Глава I. Рабочий
процесс трансформатора…………………………………………………………..15

§ 1.1. Назначение и
области применения
трансформаторов………………………………………..15

§ 1.2. Принцип
действия трансформаторов………………………………………………………….16

§ 1.3. Устройство
трансформаторов………………………………………………………………….17

§ 1.4. Уравнения
напряжений трансформатора……………………………………………………..25

§1.5. Уравнения
магнитодвижущих сил и токов……………………………………………………28

§ 1.6. Приведение
параметров вторичной обмотки и схема
замещения

приведенного
трансформатора……………………………………………………………………….32

§ 1.7. Векторная
диаграмма трансформатора……………………………………………………….34

§ 1.8. Трансформирование
трехфазного тока и схемы соединения
обмоток

трехфазных
трансформаторов………………………………………………………………………..36

§ 1.9. Явления при
намагничивании магнитопроводов
трансформаторов………………………..39

§ 1.10. Влияние схемы
соединения обмоток на работу трехфазных

трансформаторов
в режиме холостого хода…………………………………………………………40

§ 1.11. Опытное
определение параметров схемы замещения
трансформаторов…………………43

§ 1.12. Упрощенная
векторная диаграмма
трансформатора……………………………………….50

§ 1.13. Внешняя
характеристика трансформатора………………………………………………….52

§ 1.14. Потери и КПД
трансформатора………………………………………………………………54

§ 1.15. Регулирование
напряжения трансформаторов………………………………………………57

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………60

Глава 2. Группы
соединения обмоток и параллельная
работа трансформаторов…………………61

§ 2.1. Группы
соединения обмоток…………………………………………………………………..61

§ 2.2. Параллельная
работа трансформаторов………………………………………………………66

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………70

Глава 3. Трехобмоточные
трансформаторы и автотрансформаторы………………………………71

§3.1. Трехобмоточные
трансформаторы…………………………………………………………….71

§ 3.2.
Автотрансформаторы…………………………………………………………………………..72

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………75

Глава 4. Переходные
процессы в трансформаторах………………………………………………..76

§ 4.1. Переходные
процессы при включении и при внезапном
коротком замыкании трансформаторов
……………………………………………………………………………………..76

§ 4.2. Перенапряжения
в трансформаторах и защита от
перенапряжений………………………..79

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………….…..83

Глава 5. Трансформаторные
устройства специального
назначения……………………………….84

§ 5. I. Трансформаторы
с плавным регулированием
напряжения…………………………………84

§ 5.2. Трансформаторы
для выпрямительных установок…………………………………………..86

§ 5.3. Трансформаторы
для автоматических устройств…………………………………………….89

§ 5.4. Трансформаторы
для дуговой электросварки…………………………………………………93

§ 5.5. Охлаждение
трансформаторов…………………………………………………………………94

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………96

Раздел 2. ОБЩИЕ
ВОПРОСЫ ТЕОРИИ БЕСКОЛЛЕКТОРНЫХ
МАШИН……………….97

Глава 6. Принцип
действия бесколлекторных машин
переменного тока…………………………99

§ 6.1. Принцип
действия синхронного генератора
…………………………………………………99

и 6.2. Принцип
действия асинхронного
двигателя…………………………………………………102

Контрольные
вопросы………………………………………………………………………………..103

Глава 7. Принцип
выполнения обмоток статора……………………………………………………104

§ 7.1. Устройство
статора бесколлекторной машины и
основные понятия

об обмотках
статора…………………………………………………………………………………..104

§ 7.2. Электродвижущая
сила катушки………………………………………………………………106

§ 7.3. Электродвижущая
сила катушечной группы…………………………………………………110

§ 7.4. Электродвижущая
сила обмотки статора……………………………………………………..112

§ 7.5. Зубцовые
гармоники ЭДС……………………………………………………………………..114

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………115

Глава 8. Основные
типы обмоток статора…………………………………………………………..116

§ 8.1. Трехфазные
двухслойные обмотки с целым числом
пазов на полюс и фазу……………….116

§ 8.2. Трехфазная
двухслойная обмотка с дробным числом
пазов

на полюс и
фазу……………………………………………………………………………………….120

§ 8.3. Однослойные
обмотки статора………………………………………………………………..122

§ 8.4. Изоляция
обмотки статора…………………………………………………………………….124

Контрольные
вопросы………………………………………………………………………………..125

Глава 9. Магнитодвижущая
сила обмоток статора…………………………………………………127

§ 9.1. Магнитодвижущая
сила сосредоточенной обмотки…………………………………………127

§ 9.2. Магнитодвижущая
сила распределенной обмотки
………………………………………………………..129

§ 9.3. Магнитодвижущая
сила трехфазной обмотки
статора………………………………………131

§ 9.4. Круговое,
эллиптическое и пульсирующее магнитные
поля………………………………..134

§ 9.5. Высшие
пространственные гармоники магнитодвижущей
силы

трехфазной
обмотки…………………………………………………………………………………..135

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………136

Раздел 3. АСИНХРОННЫЕ
МАШИНЫ………………………………………………………….137

Глава 10. Режимы
работы и устройство асинхронной
машины……………………………………139

§ 10.1. Режимы работы
асинхронной машины………………………………………………………139

§ 10.2. Устройство
асинхронных двигателей………………………………………………………..142

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………147

Глава 11. Магнитная
цепь асинхронной машины…………………………………………………..148

§ 11.1. Основные
понятия…………………………………………………………………………….148

§ 11.2. Расчет
магнитной цепи асинхронного
двигателя……………………………………………150

§ 11.3. Магнитные
потоки рассеяния асинхронной
машины………………………………………152

§ 11.4. Роль зубцов
сердечника в наведении ЭДС и создании

элекромагнитного
момента…………………………………………………………………………..153

Контрольные
вопросы………………………………………………………………………………..155

Глава 12. Рабочий
процесс трехфазного асинхронного
двигателя ……………………………….156

§ 12.1. Уравнения
напряжений асинхронного
двигателя………………………………………….156

§ 12.2. Уравнения
МДС и токов асинхронного
двигателя…………………………………………158

§ 12.3. Приведение
параметров обмотки ротора и векторная
диаграмма

асинхронного
двигателя……………………………………………………………………………..160

Контрольные
вопросы……………………………………………………………………………….163

Глава 13.
Электромагнитный момент и рабочие
характеристики асинхронного двигателя……164

§ 13.1. Потери и КПД
асинхронного двигателя……………………………………………………164

§ 13.2. Электромагнитный
момент и механические характеристики
асинхронного двигателя ..167

§ 13.3. Механические
характеристики асинхронного двигателя
при изменениях напряжения сети и
активного сопротивления обмотки
ротора………………………………………………………..174
§ 13.4. Рабочие характеристики асинхронного
двигателя………………………………………….175

§ 13.5. Электромагнитные
моменты от высших пространственных
гармоник магнитного поля асинхронного
двигателя
………………………………………………………………………………………………………..177
Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………180

Глава 14. Опытное
определение параметров и расчет рабочих
характеристик асинхронных
двигателей……………………………………………………………………………………………..181

§ 14.1. Основные
понятия…………………………………………………………………………….181

§ 14.2. Опыт холостого
хода………………………………………………………………………….182

§ 14.3. Опыт короткого
замыкания…………………………………………………………………..183

§ 14.4. Круговая
диаграмма асинхронного двигателя
………………………………………………186

§ 14.5. Построение
рабочих характеристик асинхронного
двигателя по круговой диаграмме…..189

§ 14.6. Аналитический
метод расчета рабочих характеристик
асинхронных двигателей……….191

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………194

Глава 15. Пуск и
регулирование частоты вращения трехфазных
асинхронных двигателей…….195

§ 15.1. Пуск двигателей
с фазным ротором…………………………………………………………195

§ 15.2. Пуск двигателей
с короткозамкнутым ротором…………………………………………….198

§ 15.3. Короткозамкнутые
асинхроные двигатели с улучшенными
пусковыми

характеристиками…………………………………………………………………………………….201

§ 15.4. Регулирование
частоты вращения асинхронных
двигателей………………………………203

Контрольные
вопросы………………………………………………………………………………..209

Глава 16. Однофазные
и конденсаторные асинхронные
двигатели……………………………….210

§ 16.1. Принцип
действия и пуск однофазного асинхронного
двигателя…………………………210

§ 16.2. Асинхронные
конденсаторные двигатели…………………………………………………..214

§ 16.3. Работа
трехфазного асинхронного двигателя от
однофазной сети………………………..216

и 16.4. Однофазный
двигатель с экранированными
полюсами……………………………………218

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………219

Глава 17. Асинхронные
машины специального назначения ………………………………………220

§ 17.1. Индукционный
регулятор напряжения и
фазорегулятор…………………………………..220

§ 17.2. Асинхронный
преобразователь частоты ……………………………………………………221

§ 17.3. Электрические
машины синхронной связи …………………………………………………222

§ 17.4. Асинхронные
исполнительные двигатели…………………………………………………..225

§ 17.5. Линейные
асинхронные двигатели…………………………………………………………..228

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………231

Глава 18. Конструктивные
формы исполнения электрических
машин……………………………232

§ 18.1. Нагреванием
охлаждение электрических
машин……………………………………………232

§ 18.2. Способы
охлаждения электрических
машин………………………………………………..237

§ 18.3. Конструктивные
формы исполнения электрических
машин………………………………240

§ 18.4. Серии трехфазных
асинхронных двигателей………………………………………………..244

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………248

Раздел 4. СИНХРОННЫЕ
МАШИНЫ
…………………………………………………………..249

Глава 19. Способы
возбуждения и устройство синхронных
машин………………………………251

§ 19.1 Возбуждение
синхронных машин ……………………………………………………………251

§ 19.2 Типы синхронных
машин и их устройство…………………………………………………..254

§ 19.3. Охлаждение
крупных синхронных машин………………………………………………….260

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………261

Глава 20. Магнитное
поле и характеристики синхронных
генераторов…………………………..262

§ 20.1. Магнитная
цепь синхронной машины ………………………………………………………262

§ 20.2. Магнитное
поле синхронной машины……………………………………………………….264

§ 20.3. Реакция якоря
синхронной машины…………………………………………………………267

§ 20.4. Уравнения
напряжений синхронного
генератора…………………………………………..271

§ 20.5. Векторные
диаграммы синхронного
генератора……………………………………………273

§ 20.6. Характеристики
синхронного генератора……………………………………………………275

§ 20.7. Практическая
диаграмма ЭДС синхронного
генератора……………………………………278

§ 20.8. Потери и КПД
синхронных машин…………………………………………………………..280

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………282

Глава 21. Параллельная
работа синхронных генераторов………………………………………….283

§ 21.1. Включение
генераторов на параллельную
работу………………………………………….283

§21.2. Нагрузка
генератора, включенного на параллельную
работу………………………………285

§ 21.3. Угловые
характеристики синхронного
генератора…………………………………………288

§ 21.4. Колебания
синхронных генераторов…………………………………………………………292

§ 21.5. Синхронизирующая
способность синхронных машин……………………………………..294

§ 21.6. У-образные
характеристики синхронного
генератора………………………………………296

§ 21.7. Переходные
процессы в синхронных
генераторах…………………………………………298

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………301

Глава 22. Синхронный
двигатель и синхронный
компенсатор…………………………………….302

§ 22.1. Принцип
действия синхронного
двигателя………………………………………………….302

§ 22.2. Пуск синхронных
двигателей…………………………………………………………………305

§ 22.3. U-образные
характеристики и рабочие характеристики
синхронного двигателя…………308

§ 22.4. Синхронный
компенсатор……………………………………………………………………311

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………314

Глава 23. Синхронные
машины специального назначения…………………………………………315

§ 23.1. Синхронные
машины с постоянными магнитами…………………………………………..315

§ 23.2. Синхронные
реактивные двигатели………………………………………………………….318

§ 23.3. Гистерезисные
двигатели……………………………………………………………………..320

§ 23.4. Шаговые
двигатели……………………………………………………………………………323

§ 23.5. Синхронный
генератор с копьеобразными полюсами

и электромагнитным
возбуждением…………………………………………………………………326

§ 23.6. Индукторные
синхронные машины………………………………………………………….328

Контрольные
вопросы…………………………………………………………………………………331

Раздел 5.
КОЛЛЕКТОРНЫЕ МАШИНЫ………………………………………………………..332

Глава 24. Принцип
действия и устройство коллекторных
машин постоянного тока……………334

§ 24.1. Принцип
действия генератора и двигателя
постоянного тока…………………………….334

§ 24.2. Устройство
коллекторной машины постоянного
тока……………………………………..337

Контрольные
вопросы………………………………………………………………………………..341

Асинхронный и синхронный электродвигатели в автомобиле

Электродвигатели, работающие на том же законе, что и электромеханический преобразователь Якоби, тем не менее существенно от него отличаются. Электродвигатели разных типов обладают отличительными свойствами, которые обуславливают их область применения, в которой они наиболее полезны. Электрические двигатели становятся мощнее и компактнее, к тому же, их КПД значительно вырос. Так коэффициент полезного действия современного тягового электродвигателя может составлять 85-95 % в то время как максимальный КПД двигателя внутреннего сгорания без вспомогательных систем едва дотягивает 45 %. Вот о том, какими бывают асинхронный и синхронный электродвигатели в автомобиле, мы и поговорим в этой статье.

Содеожание

Асинхронный электродвигатель

Асинхронный электродвигатель — основной привод, используемый в промышленности. К примеру, в автомобилестроении он исполь­зуется в электроусилителях рулевого управ­ления и в гибридных автомобилях. В следую­щем разделе представлена концепция работы асинхронного двигателя как индукционной машины. Приведен также энергетический анализ асинхронного двигателя в силу его явного преобладания среди приводов.

Устройство асинхронного электродвигателя

Различают двигатели с внешним ротором и внутренним ротором. У двигателей с внеш­ним ротором статор находится внутри ро­тора, у двигателей с внутренним ротором наоборот — ротор находится внутри статора. На принципиальной схеме (рис. «Принцип работы асинхронного двигателя» ) показана принципиальная схема асинхронного двига­теля с внутренним ротором.

Ротор состоит из короткозамкнутого кар­каса с пакетом пластин (рис. «Короткозамкнутая клетка асинхронного электродвигателя» ), в качестве примера с четырьмя короткозамкнутыми стержнями). Пакет пластин полностью за­полняет пространство короткозамкнутого каркаса (на рис. не показано). Он состоит из отдельных стальных листов, изолированных друг от друга, чтобы свести к минимуму по­тери вихревых токов.

Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя

Обмотка статора создает вращающееся поле с трехфазным переменным током. Между скоростью вращающегося поля и скоростью ротора возникает разница, создающая индук­цию магнитно-эффективного тока в роторе, которая в свою очередь способствует созда­нию крутящего момента.

Физический принцип работы основан на законе магнитной индукции. На рис. «Двухполосный короткозамкнутый ротор» изо­бражен ротор в виде упрощенного проводя­щего контура на вращающихся креплениях. Относительное перемещение между стато­ром и ротором описывает угловая частота (o_s. Магнитное поле В_Е с угловой частотой, окру­жающее контур ротора, наводит напряжение в короткозамкнутом роторе в соответствии со вторым уравнением Максвелла:

ΦEds = -d/dt∫∫B_EdA   (уравнение 12)

На основании этого уравнения и конструк­тивных переменных двигателя (см. рис. 13) получаем:

2E (l+2r) п = 2lr·В_Е·ω sin(ωt) (уравнение 13)

где:

Е = I · А_nom/к  (к — удельная электро­проводность), напряжение создает магнитно­эффективную мощность

i = (к·А_nomlr·ω_s/(l+r))·sin(ω_st)   (уравнение 14)

в проводящем контуре, магнитное поле ко­торого

H_ind = i·N/l_Fe

и плотность потока (магнитная индукция)

B_ind = μ·H_ind

ослабляет исходное вращающееся поле В_Е (индуктивное сопротивление). Нижеследую­щее уравнение применимо для получения результирующей магнитной индукции:

B_R= B_E-B_ind

В уравнении Максвелла (уравнение 13) вме­сто В_Е остается результирующая магнитная индукция B_R. На проводящий контур воздей­ствует тангенциальная сила F_t:

F_t = i l B_R sin(ω_st)   (уравнение 15)

(сила Лоренца). Она используется для вычис­ления крутящего момента. Для уравнений 14 и 15 справедливо следующее:

M=2 F_t r = (2 k·A_nom ω_s/(l+r))·(lr·B_R sin(ω_st))²

На рис. «Распределение крутящего момента асинхронного двигателя» показаны две характеристические кривые. Одна из них отображает крутящий момент под влиянием индуктивного сопротивления. На него может повлиять геометрия вала ротора и выбор материалов. Другая кривая отображает крутящий момент без влияния индуктивного сопротивления. Это ограниченный случай для технической реа­лизации.

При увеличении угловой частоты индук­тивное сопротивление сначала приводит к увеличению крутящего момента вплоть до достижения переломного момента. Это максимально возможный крутящий момент двигателя. Впоследствии он падает из-за увеличивающегося влияния индуктивного сопротивления. Рассеяние мощности Р_v, воз­никающее в проводящем контуре, вычисля­ется на основе сопротивления проводящего контура R_s и тока, наведенного в контуре i_s:

P_v = R_s— i_s²

Таким образом, рассеяние мощности растет пропорционально квадрату наведенного тока.

Классы эффективности двигателей

СЕМЕР Европейский Комитет изготовителей электродвигателей и силовой электроники) ввел классификацию эффективности на базе трех классов (EFF1, EFF2 и EFF3). Классы эф­фективности применяются к трехфазным асинхронным двигателям с двумя и четырьмя полюсами, а также с выходной мощностью от 1,1 до 90 кВт (рис. «Эффективность и выходная мощность» ).

Синхронный электродвигатель

Синхронные электродвигатели используются, в основном, в качестве генераторов пере­менного тока с клювообразными полюсами. В качестве электродвигателей они использу­ются, например, в электроусилителях руля, в электроприводах гибридных автомобилей и в электроприводах турбонагнетателей.

Устройство синхронного электродвигателя

В отличие от асинхронного двигателя, в син­хронном ротор вращается синхронно с по­лем возбуждения с угловой скоростью ω_ΦS. Магнитный поток Ф_R, создаваемый обмот­кой ротора, и магнитный поток статора Ф_S накладываются друг на друга относительно результирующего магнитного потока Ф_RS (рис. «Базовая конструкция синхронного двигателя» ):

Ф_RS = Ф_R + Ф_S

Поскольку ротор и статор работают на­много ниже уровня магнитного насыщения (μ_r—> ∞), воздушный зазор δ между ротором и статором, а также угол а определяют сопро­тивление магнитной цепи R_m.

R_m = 2δ/μ₀ A_r = 2d/μ₀ A_r cosa  (уравнение 16).

Коэффициент 2 используется потому, что между ротором и статором имеются два за­зора. Если электродвигатель выдает крутя­щий момент, то ротор вращается с углом а из положения холостого хода (рис. «Силы на роторе» ).

Результирующий магнитный поток Ф_RS рассчитывается по формуле:

Ф_RS = Θ_er/R_m + Ф_S

При R_m из уравнения 16 имеем:

Ф_RS = (Θ_er μ₀ A_r cosa + 2d·Ф_S) /2d

При Θ_er = NI_er получаем:

 Ф_RS = N I_er μ₀ A_r cosa+2d Ф_S /2d   (Уравнение 17).

Θ_er — это магнитное «захлебывание» ротора, а I_еr— ток возбуждения, подаваемый на ро­тор через контактные кольца. Влияющая на крутящий момент тангенциальная сила F_t вычисляется по формуле полюсной силы Максвелла:

F_t = (Ф_RS²/μ₀ A_r) sin а      (уравнение 18)

Тангенциальная сила используется для вычисления крутящего момента двига­теля М_M:

M_M = 2F_t r            (уравнение 19).

Уравнение 17 вставляется в уравнение 18 и результат в уравнении 19 дает следующую зависимость:

М_м=-(r sin а/μ₀ A_r d²)·[(N I_er μ₀ A_r cosa)²+4 N I_er μ₀ A_r d Ф_S cosa + 4 d² Ф_S²]

Первый член зависит только от тока воз­буждения I_er и соответствует моменту от зубцовых гармонических помех поля. Второй член создает момент двигателя в решающей степени. Здесь можно увидеть линейную за­висимость «захлебывания» ротора Θ = I_erN и магнитного потока статора Ф_s. Третий член также создает крутящий момент и зависит лишь от магнитного потока статора.

Рост внешнего нагружающего момента приводит к увеличению угла нагрузки а и, стало быть, к изменению момента двига­теля М_м (рис. «Кривая момента и угла отклонения» ). Максимальный создавае­мый двигателем момент обозначается как М_к в положении а_к. При превышении а_к электро­двигатель «буксует».

Рабочие характеристики синхронного электродвигателя

Схема синхронного двигателя может быть выполнена в виде однофазной эквивалент­ной электрической схемы, где источником напряжения считается напряжение, инду­цируемое ротором в статоре (напряжение на полюсном колесе U_p, а остаточные ин­дуктивные сопротивления складываются, образуя синхронное сопротивление Х_S (рис. «Однофазная эквивалентная электрическая схема синхронного электродвигателя» ). Напряжение сверх синхронного сопро­тивления обозначается как U_s, а напряжение на клеммах — U₀. Направление тока указыва­ется в соответствии с системой стрелок для устройств-потребителей. В то время как при работе двигателя ток течет к потребителям, при работе генератора он течет от генератора. Составив сеточное уравнение, получаем ток I

I = U₀ — U_p / Х_S  (уравнение 20).

На напряжение на полюсном колесе влияет ток возбуждения. Формулы выводятся ниже. Имеем:

U_p = d Ф_R / dt

При косинусоидальном магнитном потоке Ф_R и

Ф_R = B A_S

включая его временное дифференцирова­ние, получаем:

U_p =Ф_R ω_ФS sin(ω_ФS t)

=B_R A_S ω_ФS sin(ω_ФS t)

=μ H_R A_S ω_ФS sin(ω_ФS t)

Интенсивность создаваемого в роторе маг­нитного поля описывается законом Ампера. Напряжение на полюсном колесе:

U_P = μ(ΘR/2δ) A_S ω_ФS sin(ω_ФS t)

=I_er(μ N/2δ)A_S ω_ФS sin(ω_ФS t)

= u_p sin(ω_ФS t)

в этом случае будет линейно зависимым от тока возбуждения I_{er .} Временно изменяемое напряжение на полюсном колесе преобразуется в эффективное по формуле:

U_P = u_p/√2

На базе сеточного уравнения (уравнение 20) можно вывести три рабочих со ия син­хронного двигателя в зависимости от напря­жения на полюсном колесе (рис. «Рабочее состояние синхронного двигателя» ):

случай 1: U_Р< U₀, недостаточное возбужде­ние, индуктивное поведение;

случай 2: Up = U₀, работа вхолостую;

случай 3: Up > U₀, избыточное возбуждение, как конденсатор.

Первый случай имеет место, пока U_P<U₀. Если I_еr = 0, то в качестве наведенного напря­жения принимается лишь самонаводящееся напряжение. Если на ротор подается ток, то действует вызываемая ротором взаимная индукция. Первый случай называется не­достаточным возбуждением. Ток отстает от напряжения на 90° (φ(I,U)< 0). Синхронный двигатель демонстрирует индуктивные ха­рактеристики.

Дальнейшее повышение тока возбуждения приводит к U_p = U₀. В результате получаем второй случай (работа вхолостую). Ток I₁ ста­новится равен нулю, если через синхронное сопротивление больше не подается напря­жение.

Дальнейшее повышение тока возбуждения при U_P> U₀ приводит к третьему случаю (из­быточное возбуждение).

Все три случая относятся к работе двига­теля и генератора. Для однофазной эквива­лентной электрической схемы напряжение и ток обозначаются стрелками. Кроме того, определяется нагрузочный угол β между на­пряжениями U₀ и U_s. Для работы двигателя нагрузочный угол β < 0 (рис. а, «Рабочие характеристики синхронного двигателя, работающего в режиме двигателя» ). Треуголь­ник напряжений замыкается напряжением U_s.

Синхронное сопротивление означает, что протекает ток I₁ (опережающий на 90° на­пряжение U_s. Он разбивается на следующие компоненты: активный ток I_W и реактивный ток I_в (рис. а, «Рабочие характеристики синхронного двигателя, работающего в режиме двигателя» ).

Если напряжение на полюсном колесе уменьшить так, чтобы стрелка реактивного напряжения U_s находилась вертикально на стрелке напряжения на клеммах, то дви­гатель будет лишь потреблять активный ток (рис. Ь,»Рабочие характеристики синхронного двигателя, работающего в режиме двигателя» ).

Дальнейшее снижение напряжения на по­люсном колесе приводит к недостаточному возбуждению. Ток I₁ отстает от напряжения U_s на 90°, что равноценно индуктивным ха­рактеристикам двигателя (рис. с, «Рабочие характеристики синхронного двигателя, работающего в режиме двигателя» ).

При приложении к двигателю крутящего момента, он переходит в режим генератора. Работа в режиме генератора отличается по­ложительным нагрузочным углом β (рис. «Рабочие характеристики синхронного двигателя в режиме генератора» ). Знак тока становится отрицательным. Ток опекает от электродвигателя. В случае перевозбуждения электродвигатель ведет себя как конденсатор. Он выдает реактивную мощность (рис. а,»Рабочие характеристики синхронного двигателя в режиме генератора» ).

Если напряжение на полюсном колесе уменьшить так, чтобы стрелка реактивного напряжения Us находилась вертикально на стрелке напряжения на клеммах, то двига­тель будет лишь выдавать активный ток (рис. Ь, «Рабочие характеристики синхронного двигателя в режиме генератора» ).

Дальнейшее снижение напряжения на по­люсном колесе приводит к недостаточному возбуждению. Электродвигатель ведет себя индуктивно. Он потребляет реактивную мощ­ность (рис. с, «Рабочие характеристики синхронного двигателя в режиме генератора» ).

Электронно-коммутируемые двигатели

В случае с электронно-коммутируемыми дви­гателями (электронные двигатели), возбуж­дающая обмотка ротора, в том числе электри­ческий контакт с токоприемными кольцами, не требуются. Электронно-коммутируемые двигатели представляют собой бесщеточные синхронные двигатели, где роторы снабжа­ются постоянными магнитами. Постоянные магниты могут располагаться, к примеру, на поверхности ротора или внутри него (рис. «Виды роторов для электронных двигателей» ). Коммутация тока происходит в фикси­рованной обмотке статора с помощью элек­тронного блока (рис. «Активационная электроника электронно-коммутируемого двигателя» ).

Частота вращения электронно­коммутируемого двигателя задается часто­той окружающего поля статора. Для опреде­ления положения ротора требуются датчики. Широко распространены датчики Холла, устанавливаемые в рабочем зазоре для обе­спечения цикличного переключения между ветвями обмотки с помощью активационной электроники.

Система трехфазного тока

Техническое значение имеет применение системы трехфазного переменного тока в качестве системы трехфазного тока, основ­ной особенностью которой является то, что сумма всех напряжений и токов всегда равна нулю.

Электрические цепи называются фазами т. Совокупность электрических цепей, в кото­рых напряжения одной частоты оказывают воздействие и имеют фазовый, сдвиг назы­ваются многофазными системами. Много­фазная система состоит из ветвей обмотки. В многофазной системе может быть п = 3 симметричных систем (рис. «Симметричные системы» ). Во всех сим­метричных системах — за исключением ну­левой системы — сумма всех векторов равна нулю. При количестве фаз т получаем п симметричных систем в зависимости от угла сдвига фаз а:

а = 2π n/m

Задача обмоток — создание вращающегося поля. Асинхронные двигатели имеют такую же конструкцию статора. В воздушном за­зоре должно создаваться магнитное поле с постоянной амплитудой, вращающееся с по­стоянной угловой скоростью. Чтобы создать это поле, временные положения фаз токов должны совпадать с пространственными по­ложениями соответствующих ветвей. У про­стой симметричной системы (п = 1) с т = 3 три ветви (обозначаемые как U, V и W) и, следовательно, обмотки должны быть равно­мерно распределены по окружности. На рис. «Обмотка двухполюсного двигателя с одной парой полюсов на каждую ветвь»  показано расположение обмотки с тремя ветвями, с одной катушкой на каждую пару полюсов и ветвь. Схемы соединений фаз регламентируются стандартом DIN EN 60034, часть 8.

Создание вращающегося поля

Чтобы создать вращающееся поле в случае с простой симметричной системой (п = 1) с ко­личеством ветвей т = 3, ветви должны быть геометрически смещены на электрически эф­фективный угол:

а_еI = 360°·1/3  = 120°.

При одной катушке на каждую пару полюсов и ветвь создаваемое магнитное поле враща­ется против часовой стрелки, при этом «ин­дикаторная полоска», смещающаяся вправо на рисунке а, «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь» (при а = 90°), показывает ток фазы в каждой из ветвей на рис. Ь, «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь» в на­правлении магнитного потока. Расположение образует пару полюсов. Соответствующие магнитные потоки проходят вертикально к плоскости ветвей обмотки (рис. Ь, «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь»).

Поток Ф_Res (рис. с, «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь»), получаемый из трех ветвей, а также его направление достигаются геометрическим сложением трех отдельных потоков Ф_U, Ф_V И Ф_W.

Продвижение индикаторной полоски на угол а = 180° приводит к реверсированию на­правления тока в ветви W и, следовательно, к дальнейшему повороту созданного поля Ф_Res вправо (рис. «Создание вращающегося поля с одной катушкой на ветвь 2»).

При использовании двух катушек на одну ветвь расположение проводников «удваива­ется». Если обмотка должна образовывать две пары полюсов (р = 2), то обмотки необ­ходимо делить на группы (рис. «Обмотка с двумя парами полюсов на каждую ветвь» ). При этом устанавливается механически эффективный угол:

a_m = 360° · (1/mp) = 60°.

Электрически эффективный угол остается без изменения. В случае как двухполюсного, так и четырехполюсного расположения поле вращается против часовой стрелки (рис. «Создание вращающегося поля с двумя катушками на ветвь» ). Чаcтоту вращения поля:

n_d = f_n/p

можно вычислить на основании частоты в линии f_n и количества пар полюсов р. При р = 1 частота вращения поля равна частоте в линии (табл. «Частота вращающихся полей» ).

Вместе с количеством пар полюсов можно вычислить межполюсное расстояние:

τ_p = d_si /2π

как долю окружности статора, где d_si — вну­тренний диаметр статора. Он соответствует длине синусоидальной полуволны, которая соответствует распределению индукции поля ротора. В случае с двухполюсным двигате­лем (р = 1), межполюсное расстояние всегда равно a_ei = 180° (электрический угол) и со­впадает с механическим углом a_m. Взаимо­зависимость этих двух углов показывает угол a_ei=p—a_m. Чтобы в обмотках наводилось одинаковое напряжение, ветви обмотки должны быть смещены относительно друг друга на угол a_ei = 120° или 2τ_p / 3, а структура и количество катушек должны быть одина­ковыми. На каждую ветвь приходится одна треть межполюсного расстояния.

В следующей статье я расскажу о генераторе переменного тока в автомобиле.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

синхронная машина Wikipedia

Миниатюрный синхронный двигатель, используемый в аналоговых часах. Ротор выполнен из постоянного магнита.
Малый синхронный двигатель со встроенным понижающим редуктором от микроволновой печи

Синхронный электродвигатель — это электродвигатель переменного тока, в котором в установившемся режиме ^[1] вращение вала синхронизируется с частотой питающего тока; период вращения в точности равен целому числу циклов переменного тока. Синхронные двигатели содержат многофазные электромагниты переменного тока на статоре двигателя, которые создают магнитное поле, которое вращается во времени с колебаниями сетевого тока.Ротор с постоянными магнитами или электромагнитами поворачивается синхронно с полем статора с той же скоростью и, как результат, обеспечивает второе синхронизированное вращающееся магнитное поле любого двигателя переменного тока. Синхронный двигатель с двойным питанием называется , если он снабжен многофазными электромагнитами переменного тока с независимым возбуждением как на роторе, так и на статоре.

Синхронный двигатель и асинхронный двигатель являются наиболее широко используемыми типами двигателей переменного тока. Разница между этими двумя типами заключается в том, что синхронный двигатель вращается со скоростью, привязанной к частоте сети, поскольку он не полагается на индукцию тока для создания магнитного поля ротора.Напротив, асинхронный двигатель требует скольжения : ротор должен вращаться немного медленнее, чем переменный ток, чтобы индуцировать ток в обмотке ротора. Малые синхронные двигатели используются в устройствах синхронизации, таких как синхронные часы, таймеры в приборах, магнитофонах и точных сервомеханизмах, в которых двигатель должен работать с точной скоростью; Точность скорости — это точность частоты линии электропередачи, которая тщательно контролируется в крупных взаимосвязанных сетевых системах.

Синхронные двигатели доступны в самовозбуждающихся дробных мощностях типоразмера ^[2] до промышленных размеров большой мощности. ^[1] В диапазоне дробной мощности большинство синхронных двигателей используется там, где требуется точная постоянная скорость. Эти машины обычно используются в аналоговых электрических часах, таймерах и других устройствах, где требуется точное время.
В промышленных масштабах большой мощности синхронный двигатель выполняет две важные функции. Во-первых, это высокоэффективное средство преобразования энергии переменного тока в работу.Во-вторых, он может работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности и, таким образом, обеспечивать коррекцию коэффициента мощности.

Тип []

Синхронные двигатели подпадают под более общую категорию синхронных машин , которая также включает синхронный генератор. Действие генератора будет наблюдаться, если полюса поля «опережают результирующий поток в воздушном зазоре за счет поступательного движения первичного двигателя». Действие двигателя будет наблюдаться, если полюса возбуждения «увлекаются за результирующим потоком в воздушном зазоре из-за тормозящего момента нагрузки вала». ^[1]

В зависимости от намагничивания ротора существует два основных типа синхронных двигателей: без возбуждения и с возбуждением от постоянного тока . ^[3]

Двигатели без возбуждения []

Однофазный синхронный двигатель 60 Гц 1800 об / мин для телетайпов с невозбужденным ротором, выпускался с 1930 по 1955 год.

В двигателях без возбуждения ротор изготовлен из стали. На синхронной скорости он вращается синхронно с вращающимся магнитным полем статора, поэтому через него проходит почти постоянное магнитное поле.Внешнее поле статора намагничивает ротор, создавая магнитные полюса, необходимые для его вращения. Ротор изготовлен из стали с высокой удерживающей способностью, такой как кобальтовая сталь. Они изготавливаются с постоянным магнитом, реактивным сопротивлением и гистерезисом: ^[4]

Реактивные двигатели []

Они имеют ротор, состоящий из прочной стальной отливки с выступающими (выступающими) зубчатыми полюсами. Обычно количество полюсов ротора меньше, чем количество полюсов статора, чтобы минимизировать пульсации крутящего момента и предотвратить одновременное выравнивание всех полюсов — положение, которое не может генерировать крутящий момент. ^{[2] [5]} Размер воздушного зазора в магнитной цепи и, следовательно, магнитное сопротивление минимальны, когда полюса выровнены с (вращающимся) магнитным полем статора, и увеличивается с увеличением угла между ними. Это создает крутящий момент, вынуждающий ротор выравниваться с ближайшим полюсом поля статора. Таким образом, при синхронной скорости ротор «заблокирован» относительно вращающегося поля статора. Это не может запустить двигатель, поэтому в полюса ротора обычно встроены обмотки с короткозамкнутым ротором, чтобы обеспечить крутящий момент ниже синхронной скорости.Машина запускается как асинхронный двигатель до тех пор, пока не достигнет синхронной скорости, когда ротор «втягивается» и фиксируется на вращающемся поле статора. ^[6]

Конструкции реактивных двигателей имеют номинальные характеристики от долевых лошадиных сил (несколько ватт) до примерно 22 кВт. Электродвигатели с очень маленьким реактивным сопротивлением имеют низкий крутящий момент и обычно используются для измерительных приборов. В многоцелевых двигателях с умеренным крутящим моментом используется конструкция с короткозамкнутым ротором и зубчатыми роторами. При использовании источника питания с регулируемой частотой все двигатели в системе привода могут управляться с одинаковой скоростью.Частота источника питания определяет рабочую скорость двигателя.

Двигатели с гистерезисом []

Они имеют прочный гладкий цилиндрический ротор, отлитый из кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой. ^[5] Этот материал имеет широкую петлю гистерезиса (высокая коэрцитивная сила), что означает, что после намагничивания в заданном направлении ему требуется большое обратное магнитное поле для реверсирования намагниченности. Вращающееся поле статора заставляет каждый небольшой объем ротора испытывать обратное магнитное поле.Из-за гистерезиса фаза намагниченности отстает от фазы приложенного поля. В результате ось магнитного поля, индуцированного в роторе, отстает от оси поля статора на постоянный угол δ, создавая крутящий момент, когда ротор пытается «догнать» поле статора. Пока скорость ротора ниже синхронной, каждая частица ротора испытывает обратное магнитное поле с частотой «скольжения», которое вращает ее вокруг своей петли гистерезиса, заставляя поле ротора отставать и создавать крутящий момент.В роторе имеется 2-полюсная конструкция стержня с низким сопротивлением. ^[5] Когда ротор приближается к синхронной скорости и скольжение достигает нуля, это намагничивается и выравнивается с полем статора, заставляя ротор «блокироваться» с вращающимся полем статора.

Основным преимуществом гистерезисного двигателя является то, что, поскольку угол запаздывания δ не зависит от скорости, он развивает постоянный крутящий момент от запуска до синхронной скорости. Следовательно, он самозапускается и не требует индукционной обмотки для запуска, хотя во многих конструкциях действительно имеется структура проводящей обмотки с короткозамкнутым ротором, встроенная в ротор для обеспечения дополнительного крутящего момента при запуске. ^{[ необходима ссылка ]}

Гистерезисные двигатели производятся с дробной мощностью в лошадиных силах, в основном как серводвигатели и синхронизирующие двигатели. Двигатели с гистерезисом, более дорогие, чем реактивные, используются там, где требуется точная постоянная скорость. ^{[ требуется ссылка ]}

Двигатели с постоянными магнитами []

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) использует постоянные магниты, встроенные в стальной ротор, для создания постоянного магнитного поля.Обмотки статора подключены к источнику переменного тока для создания вращающегося магнитного поля (как в асинхронном двигателе). При синхронной скорости полюса ротора сцепляются с вращающимся магнитным полем. Синхронные двигатели с постоянными магнитами аналогичны бесщеточным двигателям постоянного тока. Неодимовые магниты — наиболее часто используемые магниты в этих двигателях.

Двигатели с постоянными магнитами используются в качестве безредукторных двигателей лифтов с 2000 года. ^[7]

Для запуска большинства PMSM требуется частотно-регулируемый привод. ^{[8] [9] [10] [11] [12]} Тем не менее, некоторые включают в себя короткозамкнутую клетку в роторе для пуска — они известны как линейные или самозапускающиеся PMSM. . ^[13] Они обычно используются как более эффективные замены для асинхронных двигателей (из-за отсутствия проскальзывания), но их необходимо тщательно определять для приложения, чтобы гарантировать достижение синхронной скорости и способность системы выдерживать крутящий момент. пульсация при запуске.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами в основном управляются с помощью прямого управления крутящим моментом ^[14] и ориентированного на поле управления ^[15] . Однако эти методы страдают от относительно высокого крутящего момента и пульсаций магнитного потока статора. ^[16] Управляющие устройства с прогнозированием и контроллеры нейронных сетей недавно были разработаны для решения этих проблем. ^{[16] [17]}

Двигатели с возбуждением постоянным током []

Двигатель с возбуждением постоянным током, 1917 год. Возбудитель хорошо виден в задней части машины.

Обычно эти двигатели изготавливаются в больших размерах (более 1 лошадиных сил или 1 киловатт), для возбуждения этих двигателей требуется постоянный ток (DC), подаваемый на ротор. Это наиболее просто подается через контактные кольца, но также можно использовать бесщеточную индукцию переменного тока и схему выпрямителя. ^[18] Постоянный ток может подаваться от отдельного источника постоянного тока или от генератора постоянного тока, непосредственно подключенного к валу двигателя.

Методы управления []

Для работы синхронного двигателя с постоянными магнитами и реактивного двигателя требуется система управления (частотно-регулируемый привод или сервопривод).

Существует большое количество методов управления PMSM, которые выбираются в зависимости от конструкции электродвигателя и области применения.

Методы управления можно разделить на: ^[19]

Синусоидальный

трапециевидный

Синхронная скорость []

Синхронная скорость синхронного двигателя определяется: ^[20]
в об / мин:

Ns = 60fP = 120fp {\ displaystyle N_ {s} = 60 {\ frac {f} {P}} = 120 {\ frac {f} {p}}}

и в рад · с ⁻¹ , автор:

ωs = 2πfP = 4πfp {\ displaystyle \ omega _ {s} = 2 \ pi {\ frac {f} {P}} = 4 \ pi {\ frac {f} {p}}}

где:

• f {\ displaystyle f} — частота переменного тока питающей сети в Гц,
• p {\ displaystyle p} — количество магнитных полюсов.
• P {\ displaystyle P} — количество пар полюсов (редко плоскостей коммутации ), P = p / 2 {\ displaystyle P = p / 2}.

Примеры []

Однофазный 4-полюсный (2-полюсная пара) синхронный двигатель работает от сети переменного тока с частотой 50 Гц. Количество пар полюсов равно 2, поэтому
синхронная скорость:

Ns = 60 × 502 = 1500 об / мин {\ displaystyle N_ {s} = 60 \ times {\ frac {50} {2}} = 1500 \, \, {\ text {rpm}}}

Трехкратный Фазный 12-полюсный (6-полюсный) синхронный двигатель работает от сети переменного тока с частотой 60 Гц.Количество пар полюсов — 6, поэтому синхронная скорость равна:

Ns = 60 × 606 = 600 об / мин {\ displaystyle N_ {s} = 60 \ times {\ frac {60} {6}} = 600 \, \, {\ text {rpm}}}

Количество магнитные полюса p {\ displaystyle p} равны числу групп катушек на фазу. Чтобы определить количество групп катушек на фазу в трехфазном двигателе, подсчитайте количество катушек, разделите на количество фаз, которое равно 3. Катушки могут занимать несколько пазов в сердечнике статора, что затрудняет их подсчет. .Для трехфазного двигателя, если вы насчитаете в общей сложности 12 групп катушек, у него 4 магнитных полюса. Для 12-полюсной 3-фазной машины будет 36 катушек. Количество магнитных полюсов в роторе равно количеству магнитных полюсов в статоре.

Строительство []

Ротор большого водяного насоса. Контактные кольца можно увидеть под барабаном ротора.
Обмотка статора большого водяного насоса

Основными компонентами синхронного двигателя являются статор и ротор. ^[21] Статор синхронного двигателя и статор асинхронного двигателя аналогичны по конструкции. ^[22] Исключением является электрическая машина с синхронным двойным питанием и синхронным ротором, в корпусе статора находится оборачивающая пластина . ^[23] Окружные ребра и клавишных планок прикреплены к оберточной пластине. ^[23] Чтобы выдержать вес машины, требуются опор для рамы и опор . ^[23] Когда обмотка возбуждения возбуждается постоянным током, требуются щетки и контактные кольца для подключения к источнику возбуждения. ^[24] Обмотка возбуждения также может возбуждаться бесщеточным возбудителем. ^[25] Цилиндрические круглые роторы (также известные как ротор с невыпадающими полюсами) используются до шести полюсов. В некоторых машинах или когда требуется большое количество полюсов, используется ротор с явнополюсными полюсами. ^{[26] [27]} Конструкция синхронного двигателя аналогична конструкции синхронного генератора переменного тока. ^[28] В большинстве конструкций синхронных двигателей используются стационарный якорь и вращающаяся обмотка возбуждения.Этот тип конструкции является преимуществом по сравнению с двигателем постоянного тока, в котором используется якорь вращающегося типа.

Операция []

Вращающееся магнитное поле образуется из суммы векторов магнитного поля трех фаз обмоток статора.

Работа синхронного двигателя происходит за счет взаимодействия магнитных полей статора и ротора. Обмотка статора, состоящая из трехфазной обмотки, питается трехфазным питанием, а ротор — источником постоянного тока.Трехфазная обмотка статора, по которой проходят трехфазные токи, создает трехфазный вращающийся магнитный поток (и, следовательно, вращающееся магнитное поле). Ротор блокируется вращающимся магнитным полем и вращается вместе с ним. Когда поле ротора синхронизируется с вращающимся магнитным полем, говорят, что двигатель синхронизирован. Однофазная (или двухфазная, полученная из однофазной) обмотка статора возможна, но в этом случае направление вращения не определено, и машина может запускаться в любом направлении, если это не предотвращается пусковыми устройствами. ^[29]

Когда двигатель работает, скорость двигателя зависит только от частоты сети. Когда нагрузка двигателя превышает предельную нагрузку, двигатель теряет синхронизацию, и обмотка возбуждения больше не следует вращающемуся магнитному полю. Поскольку двигатель не может создавать (синхронный) крутящий момент, если он выходит из синхронизации, на практике синхронные двигатели имеют частичную или полную обмотку с короткозамкнутым ротором (амортизатор) для стабилизации работы и облегчения запуска.Поскольку эта обмотка меньше, чем у эквивалентного асинхронного двигателя и может перегреваться при длительной работе, а также из-за того, что в обмотке возбуждения ротора индуцируются большие напряжения с частотой скольжения, устройства защиты синхронного двигателя обнаруживают это состояние и прерывают подачу питания (не в такт защита). ^[29]

Способы пуска []

Синхронные двигатели больше определенного размера не являются двигателями с самозапуском. Это свойство связано с инерцией ротора; он не может мгновенно следить за вращением магнитного поля статора.Поскольку синхронный двигатель не вырабатывает среднего крутящего момента в состоянии покоя, он не может разогнаться до синхронной скорости без какого-либо дополнительного механизма. ^[2]

Большие двигатели, работающие на промышленной промышленной частоте, включают в себя индукционную обмотку с короткозамкнутым ротором, которая обеспечивает достаточный крутящий момент для ускорения, а также служит для гашения колебаний скорости двигателя во время работы. ^[2] Когда ротор приближается к синхронной скорости, возбуждается обмотка возбуждения, и двигатель синхронизируется.Очень большие двигательные системы могут включать в себя «пони» двигатель, который ускоряет ненагруженную синхронную машину до приложения нагрузки. ^{[30] [31]} Двигатели с электронным управлением можно разогнать с нулевой скорости путем изменения частоты тока статора. ^[32]

Очень маленькие синхронные двигатели обычно используются в электромеханических часах или таймерах с питанием от сети, которые используют частоту линии питания для работы зубчатого механизма с правильной скоростью.Такие небольшие синхронные двигатели могут запускаться без посторонней помощи, если момент инерции ротора и его механическая нагрузка достаточно малы [потому что двигатель] будет ускоряться от скорости скольжения до синхронной скорости в течение полупериода ускорения реактивного момента. « ^[2] Однофазные синхронные двигатели, такие как настенные электрические часы, могут свободно вращаться в любом направлении, в отличие от двигателей с расщепленными полюсами. См. Синхронный двигатель с расщепленными полюсами, чтобы узнать, как достигается согласованное направление пуска.

Экономичность эксплуатации является важным параметром при рассмотрении различных методов запуска двигателя. ^[33] Соответственно, возбуждение ротора является возможным способом решения проблемы запуска двигателя. ^[34] Кроме того, современные предлагаемые методы пуска для больших синхронных машин включают повторяющееся изменение полярности полюсов ротора во время пуска. ^[35]

Области применения, особые свойства и преимущества []

Использование в качестве синхронного конденсатора []

V-образная кривая синхронной машины

Изменяя возбуждение синхронного двигателя, он может работать с запаздывающим, опережающим и единичным коэффициентами мощности.Возбуждение, при котором коэффициент мощности равен единице, называется нормальным напряжением возбуждения . ^[36] Величина тока при этом возбуждении минимальна. ^[36] Напряжение возбуждения, превышающее нормальное возбуждение, называется повышенным напряжением возбуждения, напряжение возбуждения, меньшее, чем нормальное возбуждение, называется повышенным напряжением возбуждения. ^[36] Когда двигатель чрезмерно возбужден, противо-ЭДС будет больше, чем напряжение на клеммах двигателя. Это вызывает эффект размагничивания из-за реакции якоря. ^[37]

Кривая V синхронной машины показывает зависимость тока якоря от тока возбуждения. С увеличением тока возбуждения ток якоря сначала уменьшается, затем достигает минимума, затем увеличивается. Точкой минимума также является точка, при которой коэффициент мощности равен единице. ^[38]

Эта возможность выборочного управления коэффициентом мощности может использоваться для коррекции коэффициента мощности системы питания, к которой подключен двигатель. Поскольку большинство энергосистем любого значительного размера имеют чистый запаздывающий коэффициент мощности, наличие перевозбужденных синхронных двигателей приближает коэффициент полезной мощности системы к единице, повышая эффективность.Такая коррекция коэффициента мощности обычно является побочным эффектом двигателей, уже присутствующих в системе, для обеспечения механической работы, хотя двигатели могут работать без механической нагрузки просто для обеспечения коррекции коэффициента мощности. На крупных промышленных предприятиях, таких как заводы, взаимодействие между синхронными двигателями и другими отстающими нагрузками может быть явным образом учтено в электрическом проекте предприятия. ^{[ требуется ссылка ]}

Предел устойчивости установившегося состояния []

T = Tmaxsin⁡ (δ) {\ displaystyle \ mathbf {T} = \ mathbf {T} _ {\ text {max}} \ sin (\ delta)}

где,

T {\ displaystyle \ mathbf {T}} — крутящий момент

δ {\ displaystyle \ delta} — угол крутящего момента

Tmax {\ displaystyle \ mathbf {T} _ {\ text {max}}} здесь максимальный крутящий момент

,

Tmax = 3VEXsωs {\ displaystyle \ mathbf {T} _ {\ text {max}} = {\ frac {{\ mathbf {3}} {\ mathbf {V}} {\ mathbf {E}}} {{ \ mathbf {X_ {s}}} {\ omega _ {s}}}}}

При приложении нагрузки угол крутящего момента δ {\ displaystyle \ delta} увеличивается.Когда δ {\ displaystyle \ delta} = 90 °, крутящий момент будет максимальным. Если нагрузка будет приложена дальше, двигатель потеряет синхронизм, поскольку крутящий момент двигателя будет меньше момента нагрузки. ^{[39] [40]} Максимальный момент нагрузки, который может быть приложен к двигателю без потери его синхронизма, называется пределом устойчивости в установившемся режиме синхронного двигателя. ^[39]

Другое []

Синхронные двигатели

особенно полезны в приложениях, требующих точного управления скоростью и / или положением.

• Скорость не зависит от нагрузки в рабочем диапазоне двигателя.
• Скорость и положение можно точно контролировать с помощью элементов управления без обратной связи; например, шаговые двигатели.
• Приложения с низким энергопотреблением включают в себя позиционирующие машины, где требуется высокая точность, и приводы роботов.
• Они будут удерживать свое положение при подаче постоянного тока на обмотки статора и ротора.
• Часы, приводимые в действие синхронным двигателем, в принципе так же точны, как частота сети его источника питания. ^{a b c d e}
  Fitzgerald, A.E .; Чарльз Кингсли-младший; Александр Куско (1971). «Глава 11, раздел 11.2 Характеристики пуска и работы однофазных асинхронных и синхронных двигателей, самозапускающихся реактивных двигателей». Электрические машины, 3-е изд. . США: Макгроу-Хилл. С. 536–538. ^{a b} Никбахт, Масуд; Лиаси, Саханд Гасеминеджад; Аббасзаде, Карим; Маркаде, Голамреза Араб (09.09.2020). Стратегия прогнозируемого управления усовершенствованной моделью для управления PMSM с уменьшенным крутящим моментом и пульсациями магнитного потока . Публикация конференции IEEE . С. 1–6. DOI: 10.1109 / PEDSTC49159.2020.

  89. ISBN 978-1-7281-5849-5 . Кумар, Раджеш; Гупта, Р. Пиллаи, С. К. Первый курс по электрическим приводам (второе изд.). New age international. п. 25.

Внешние ссылки []

Синхронизация синхронных машин переменного тока

| Протокол

Синхронные генераторы

переменного тока являются основой производства электроэнергии на электростанциях по всему миру и часто используются для стабилизации энергосистемы. Согласование последовательности фаз, величин напряжения и частоты синхронного генератора с параметрами мощности в сети очень важно.Если генератор не в фазе с сетью, генератор не может выдавать мощность. Хотя автоматические синхронизаторы используются на крупных электростанциях, здесь демонстрируется простой метод ручной синхронизации. В этом видеоролике будут представлены трехфазные синхронные генераторы и продемонстрированы протоколы регулировки выходного напряжения и частоты для ручной синхронизации генератора с электросетью.

Синхронные машины переменного тока состоят из внутреннего вращающегося сердечника, ротора, и внешнего неподвижного кольца, статора.Магнитное поле ротора стационарно индуцируется приложенным постоянным напряжением. Магнитное поле статора возбуждается трехфазным переменным током, каждая фаза подключена к своему собственному набору катушек статора. Это создает вращающееся магнитное поле постоянной величины и частоты вращения, соответствующее колебаниям тока питающей сети. Магнитные поля статора и ротора связаны друг с другом, заставляя ротор вращаться с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле статора. Для получения дополнительной информации о характеристиках синхронных машин переменного тока, пожалуйста, посмотрите научно-образовательный видеоролик JOVE «Характеристики синхронных машин переменного тока».Когда синхронная машина работает как генератор энергии, первичный двигатель прикладывает крутящий момент к ротору, что приводит к разнице изгибов между магнитными полями ротора и статора. Если приложенный крутящий момент противодействует движению ротора, машина поглощает реактивную мощность от системы, чтобы вернуть машину в режим синхронизации. Если приложенный крутящий момент вместо этого увеличивает вращение, вызывая перевозбуждение машины, генератор подает энергию в систему. Можно использовать метод трех ламп для визуального подтверждения того, что генератор выдает мощность с той же величиной напряжения, частотой и последовательностью фаз, что и электросеть.Для синхронных генераторов частота регулируется изменением скорости первичного двигателя. Если питание генератора и системы не совпадают по фазе, лампы мигают. Когда напряжение совпадает, нулевой дифференциал вызывает одновременное выключение и включение всех трех ламп. Теперь, когда объяснены основные принципы работы синхронных генераторов, будет продемонстрирована ручная синхронизация синхронного генератора переменного тока с электросетью.

Начните с инициализации двигателя постоянного тока или динамометра в качестве первичного двигателя.Убедитесь, что трехфазный разъединитель, синхронный двигатель и двигатель постоянного тока выключены. При установке Variac на 0% подключите его к трехфазной розетке. Затем подключите установку, как показано. Затем включите трехфазный переключатель на синхронной машине. Наконец, убедитесь, что S1 и три лампы подключены параллельно. Обратите внимание на полярность датчиков цифрового измерителя мощности. Затем убедитесь, что пусковой ход переключается в исходное положение. При выключенном S1 установите RF на максимальное сопротивление.Включите трехфазный выключатель, а затем включите источник постоянного тока высокого напряжения. Затем нажмите кнопку отображения VI на источнике питания, чтобы отобразить рабочее напряжение на токе и отрегулируйте напряжение до 15 вольт. Затем нажмите START на панели питания постоянного тока. Динамометр должен иметь большой переходный ток, потребляемый от источника постоянного тока. Однако, если загорится индикатор превышения тока или индикатор OCT, увеличьте предел превышения тока. Теперь понаблюдайте за медленным вращением синхронной машины. Наконец, увеличьте выходное напряжение источника постоянного тока примерно до 160 вольт и измерьте скорость вращения вала, используя технику стробоскопа.Затем отрегулируйте напряжение питания, чтобы достичь скорости вращения 1800 об / мин. Затем запишите постоянный ток и напряжение.

Теперь синхронизируйте генератор, используя метод трех ламп, с полностью собранным устройством, как показано. Переключите пусковой выключатель на стороне синхронной машины в режим работы и убедитесь, что три лампы горят. Затем итеративно отрегулируйте RF на напряжении питания, чтобы получить напряжение генератора 120 вольт. Настройте частоту VG на цифровом измерителе мощности на 60 Гц.Допустимы значения в пределах +/- 2%. Затем немного увеличьте выход Variac до 120 вольт. На этом этапе сеть и генератор вырабатывают 120 вольт с частотой 60 Гц. Запишите показания напряжения, тока и мощности на обоих измерителях мощности, включая знаки + или -. Наконец, используйте схему включения ламп для подтверждения или настройки синхронизации. В методе с тремя лампами, как только достигается желаемое напряжение переменного тока, лампы включаются и выключаются одновременно. Если последовательность фаз A, B, C от сети встречается с последовательностью A, C, B от машины, цикл ламп, так как напряжения на лампах никогда не в сумме равняются нулю на всех трех фазах одновременно.Если вместо этого три лампы переключаются и мерцают не синхронно, то генератор и сеть имеют разные последовательности фаз в наборе ламп. Определите последовательности. Один как ABC, а другой как ACB. Затем, чтобы отрегулировать последовательность, сначала поверните Variac обратно на 0% и нажмите STOP на панели источника питания. После снижения напряжения постоянного тока до 15 вольт, наконец, переключите фазы B и C на стороне генератора. Если все три лампы светятся и тускнеют одновременно, то генератор и сеть имеют одинаковую последовательность фаз и правильно синхронизированы.В противном случае повторите изменение последовательности фаз. В тот момент, когда все индикаторы погаснут, включите переключатель S1. Теперь все огни должны оставаться выключенными, поскольку S1 теперь действует как короткое замыкание на их клеммах. Затем генератор синхронизируется с сетью.

Синхронные машины часто используются в промышленности для стабилизации мощности. Коэффициент мощности машины показывает, может ли машина выдавать реактивную мощность при определенных условиях. Накопление и высвобождение энергии для стабилизации сети.Работая таким образом, машина называется синхронным конденсатором. При использовании ветра в качестве возобновляемого источника энергии ветровая турбина является основным двигателем синхронного генератора. Чтобы предотвратить остановку генератора при высоких нагрузках, углы лопастей ротора турбины регулируются по-разному для оптимизации скорости вращения при переменной скорости ветра. Для передачи генерируемой энергии ветра в сеть ветряные турбины используют интерфейс автоматического синхронизатора для безопасной передачи энергии по линиям электроснабжения.

Вы только что посмотрели введение JOVE в синхронизацию синхронных машин переменного тока. Теперь вы должны понимать, как регулировать выходное напряжение и частоту трехфазных синхронных генераторов. Вручную синхронизируйте генератор с электросетью и измерьте влияние колебаний тока возбуждения и скорости на выходную мощность генератора. Спасибо за просмотр!

Введение в синхронный двигатель — инженерные проекты

Привет, друзья! Надеюсь, у всех все хорошо, и они наслаждаются жизнью.Я здесь сегодня со статьей «Введение в синхронный двигатель». Вы все уже знаете, что двигатель — это средство преобразования электрической энергии в механическую. Синхронный двигатель — это тип двигателя, в котором скорость вращения ротора такая же, как и скорость вращения магнитного поля. Другими словами, ротор вращается с синхронной скоростью, в отличие от асинхронного двигателя, который мы обсуждали во введении в асинхронный двигатель.

В этой статье я поделюсь с вами введением в синхронный двигатель.В первую очередь, я расскажу вам о его построении и работе в первых двух частях моей статьи. Позже я расскажу о его ключевых особенностях, а также о методах запуска и областях применения. Итак, давайте взглянем на Introduction to Synchronous Motor:

Construction — Introduction to Synchronous Motor

• Во «Введение в синхронный двигатель» мы сначала поговорим о конструкции синхронного двигателя.
• Если говорить о конструкции, то базовая конструкция такая же, как и у других двигателей.
• Статор и ротор являются основными частями, а рама — крышкой.
• Статор и ротор составляют электрическую и магнитную цепи синхронного двигателя.
• Сначала я расскажу вам о статоре:

Статор синхронного двигателя

• Как следует из названия, статор — это неподвижная часть двигателя.
• Это внешняя рамка цилиндрической формы.
• Эта цилиндрическая рама ламинирована и имеет прорези для установки схемы обмотки.
• На статор этого двигателя подается питание 3 переменного тока.
• Цепь обмотки статора называется обмоткой статора.

Теперь я расскажу вам о роторе синхронного двигателя.

Ротор синхронного двигателя

• Ротор — это вращающаяся часть, которая вращается точно с той же скоростью, что и магнитное поле статора.
• Он также имеет цилиндрическую форму и является валом двигателя, к которому подключается выходная нагрузка.
• Он вращается в раме статора, разделенной воздушным зазором.
• Ротор синхронного двигателя возбуждается источником постоянного тока.

Рама двигателя защищает и закрывает весь узел. Он может иметь вертикальную или горизонтальную форму, а тип покрытия зависит от области его использования. Речь шла о создании синхронного двигателя. Следующим в моем списке «Введение в синхронный двигатель» является принцип работы и принцип действия этого двигателя.

Работа синхронного двигателя

Теперь коротко поговорим о работе этих двигателей.Принцип действия синхронного двигателя заключается в том, что ротор пытается следовать за вращающимся магнитным полем статора и вращается со скоростью, приближающейся к нему. Этот мотор — машина с двойным возбуждением. Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока, а обмотка статора возбуждается источником переменного тока. Трехфазное вращающееся магнитное поле создается обмоткой статора за счет трехфазного переменного тока. А постоянное магнитное поле создается обмоткой ротора.

В какой-то момент вращения полюса двух магнитных полей могут притягиваться друг к другу, а в какой-то другой момент они отталкиваются.Ротор не начнет вращаться из-за этих взаимодействий из-за своей инерции. Таким образом, внешнее средство будет компенсировать и обеспечивать начальное вращение ротора. Как только ротор начинает двигаться с синхронной скоростью, этот внешний источник отключается.

В синхронном двигателе магнитное поле ротора создается не магнитным полем ротора за счет индукции. Вместо этого магнитное поле создается источником постоянного тока. Следовательно, воздушный зазор между ротором и статором не сохраняется очень маленьким, как в случае асинхронных двигателей.Следующее, что будет во введении в синхронный двигатель, — это важные особенности этого двигателя.

Основные характеристики синхронного двигателя

В этом сегменте моей статьи я рассказываю о некоторых характеристиках этого типа двигателя, которые отличает его от других двигателей.

Скорость

• Обычно скорость составляет от 150 до 1800 об / мин. Скорость остается постоянной от холостого хода до полной нагрузки и может быть найдена по следующей формуле:

N_s = 120 * f / p

Где f = частота переменного тока

p = количество полюсов

Скорость синхронная скорость.Это не зависит от условий нагрузки.

Пусковой момент:

• Синхронным двигателям требуется внешний метод запуска, поскольку у них нет пускового момента. В следующем разделе этой статьи приведены наиболее часто используемые методы его запуска.

Номинальная мощность

• Номинальная мощность синхронных двигателей составляет от 150 кВт до 15 МВт.

КПД

• Синхронные двигатели — это высокоэффективные машины. Их КПД намного выше, чем у асинхронных двигателей.

Стоимость

• Синхронный двигатель дороже по сравнению с асинхронным двигателем той же мощности.

Коррекция коэффициента мощности

• Синхронные двигатели имеют ведущий коэффициент мощности, поэтому они используются в областях, где требуется коррекция коэффициента мощности.

Техническое обслуживание

• В этом двигателе используется бесщеточный возбудитель, что снижает потребность в техническом обслуживании этой машины.

Теперь я перехожу к двум последним частям этого «Введение в синхронный двигатель», где я собираюсь поделиться некоторыми знаниями о методах запуска и использовании этих двигателей.

Способы запуска синхронного двигателя

Как я уже говорил вам ранее в разделе, посвященном ключевым характеристикам, синхронный двигатель не может запускаться самостоятельно, так как у него нет пускового момента. Поэтому для преодоления этой проблемы используются разные способы. Некоторое внешнее средство используется при запуске для увеличения скорости до синхронной. Три основных способа:

1. Снижение частоты статора до безопасного пускового уровня.
2. Использование внешнего первичного двигателя.
3. Использование демпферных обмоток.

Это способы, которые используются для запуска синхронного двигателя.

Области применения и области применения

Введение в синхронный двигатель будет неполным, если мы не рассмотрим его использование и области применения. Я поделюсь некоторыми вариантами использования синхронного двигателя, которые приведены ниже.

• Основное использование синхронного двигателя — это «коррекция коэффициента мощности», что означает увеличение коэффициента мощности системы.
• Синхронные двигатели также используются для регулирования напряжения.Например, они используются в конце линий передачи для регулирования напряжения.